Jednotky počítače

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Studenti se seznámí s vnitřní strukturou a organizaci jednotek počítačů a procesorů a jejich interakcí s okolím a s organizaci hlavní paměti a dalších vnitřních pamětí (adresovatelných, LIFO, FIFO a CAM) a organizaci aritmetické jednotky. Seznámí se i s metodikou návrhu řadičů a s principy komunikace procesoru s okolím a architekturou sběrnicového systému.

Požadavky:

Základní znalosti o struktuře a architektuře číslicového počítače, principy návrhu kombinačních a sekvenčních logických obvodů, dvojková aritmetika, princip pamětí.

Osnova přednášek:

1. Organizace a struktura počítačů von Neumannovy koncepce. Dvojkové sčítačky, odčítačky a obvody pro posuv jako jádro aritmetické jednotky.

2. Obvodové řadiče. Aritmetická jednotka jednoduchého procesoru.

3. Řadiče a řídicí jednotky; mikroprogramované řadiče. Dvojkové násobení a dělení a jejich realizace.

4. Pohyblivá řádová čárka. Základní principy zjišťování a opravy chyb.

5. Lineární a cyklické kódy. Hlavní paměť - její možné organizace a komunikace s jinými jednotkami.

6. Další vnitřní paměti, jejich organizace a použití - adresovatelné, LIFO, FIFO, CAM. V/V jednotky a jejich řízení - DMA, kanály a V/V procesory.

7. Sběrnice - typy, režimy činnosti a přidělování.

Osnova cvičení:

1. Číselné soustavy, převody a operace. Reprezentace záporných čísel. Jednoduchý procesor - instrukce, strojový kód, datová část. Jednoduchý procesor - základní cyklus a styk s okolím. Jednoduchý procesor - mikroprogramování. Jednoduchý procesor - předvedení mikroprogramu. Návrh klasického (obvodového) řadiče.

2. Obvody pro násobení a dělení. Pohyblivá řádová čárka. Návrh komponenty procesoru na bázi FPGA. Předvedení navržené komponenty. Bezpečnostní kódy.

Cíle studia:

Cílem předmětu je seznámit budoucí počítačové inženýry se způsobem, jak si navrhnout vlastní procesor ke konkrétnímu účelu, jaké jednotky musí procesor a počítač obsahovat, jak spolu komunikují. Tyto znalosti a dovednosti jsou vyučovány metodou praktických experimentů implementovaných v hradlových polí za pomoci simulátorů.

Studijní materiály:

Hennesy, J. L., Patterson, D. A. ''Computer Architecture: A Quantitative Approach, Third Edition''. Morgan Kaufmann, 2002. ISBN 1558605967.

Tanenbaum, A. S. ''Structured Computer Organization (5th Edition)''. Prentice Hall, 2005. ISBN 0131485210.

Stallings, W. ''Computer Organization and Architecture: Designing for Performance (7th Edition)''. Prentice Hall, 2005. ISBN 0131856448.

Hamacher, C., Vranesic, Z., Zaky, S. ''Computer Organization''. McGraw-Hill, 2001. ISBN 0072320869.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Počítačové inženýrství, kombinovaná forma studia (povinný předmět oboru)
• Plán pro období před přiřazením k oboru (VO)