Architektura počítačů
| Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
|---|---|---|---|---|
| B0B35APO | Z,ZK | 5 | 2P+2L | česky |
- Garant předmětu:
- Pavel Píša
- Přednášející:
- Pavel Píša, Petr Štěpán, Richard Šusta
- Cvičící:
- Roman Bartosiňski, Petr Čížek, Jakub Dupák, Miroslav Hanák, Jan Kaisrlík, Karel Kočí, Filip Kučera, Rostislav Lisový, Petr Martinec, Pavel Píša, Martin Prudek, Petr Štěpán, Richard Šusta, František Vacek, Martin Vajnar
- Předmět zajišťuje:
- katedra řídicí techniky
- Anotace:
-
Předmět studenty seznámí s architekturou soudobých počítačových systémů, především se základními stavebními prvky, jejich funkcí a vzájemným propojením. Předmět přistupuje k výkladu od popisu hardware a klade důraz na porozumění součinnosti programovací jazyk - assembler - hardware. Po úvodním přehledu funkčních bloků počítače je podrobněji popsána stavba procesoru, paměťový a vstupně výstupní subsystém až po přehledové seznámení s různými síťovými topologiemi a sběrnicemi. Během výkladu je brán zřetel na provázanost hardwarových a softwarových komponent, především nejnižších vrstev operačních systémů, ovladačů zařízení a virtualizačních technik. Obecné principy jsou rozvedeny na příkladech několika standardních procesorových architektur. Cvičení jsou v první části zaměřena na detailní seznámení s činností procesoru. Od programování na úrovni procesoru pak postupují k přímé obsluze portů a hardware s využitím programovacího jazyka C.
- Požadavky:
-
Během druhé půle semestru je potřebná přiměřená znalost jazyka C. Programování v jazyce C lze studovat paralelně s tímto předmětem. Základní znalost práce s příkazovou řádkou a kompilátorem v prostředí splňujícího standard POSIX (např. Linux) je vítaná.
- Osnova přednášek:
-
1. Architektura počítače, struktura, organizace a podsystémy. Reprezentace, zobrazení a přenos informace (především čísel, IEEE-754) v počítači.
2. Procesor - ALU, von Neumannova architektura, formát instrukcí, jednocyklový procesor, řadič a řízení
3. Paměť - hierarchický koncept, technologie pamětí, vyrovnávací paměti - cache, konzistence dat, disková úložiště, zabezpečení dat a RAID
4. Paměť - virtuální paměť, správa paměti, MMU
5. Zřetězené vykonávaní instrukcí, hazardy, vyvažování stupňů zřetězení a časování; Superzřetězení
6. Vstupní a výstupní podsystém počítače, sběrnice, dvoubodové spoje, sítě, PCI a PCI express sběrnice, souvislý režim, HyperTransport, Quickpath Interconnect
7. Vstupní a výstupní podsystém počítače z pohledu software
8. Technické a organizační prostředky - vnější události, výjimky, reálný čas, přímý přístup do paměti, autonomní kanál
9. Sítě procesorů a počítačů, topologie sítí, komunikace - sítě typu LAN, MAN, WAN, sítě řídicích počítačů
10. Předávání parametrů funkcím a virtuálním instrukcím operačního systému. Zásobníkové rámce, registrová okna, přepínání režimů a realizace systémových volání.
11. Klasické registrově orientované architektury s komplexní instrukční sadou. Ukázka realizace MMU, cache, sběrnice.
12. Procesorová rodina INTEL x86, Od 8086 k EMT64. Hlavní zaměření na 32-bit a 64-bit režimy s krátkým vysvětlením komplikací způsobených nutností zachování kompatability s 16-bit 8086 a 80286 segmentového přístupu a proč ho současné OS používají v co nejvíce minimalizované formě. Příklad SIMD instrukcí (MMX, SSE).
13. Přehled vývoje architektury a koncepcí CPU (RISC/CISC) - procesory ARM, ColdFire, SPARC a PowerPC a procesory pro vestavné aplikace
14. Mnohaúrovňová organizace počítače, virtuální stroje. Konvenční architektura a implementačně závislá mikroarchitektura. Přenositelný bytecode a virtuální programovací prostředí (Java, C#/.Net). Virtualizační techniky (např XEN, VMWARE) a paravirtualizace.
- Osnova cvičení:
- Cíle studia:
-
Předmět seznamuje s architekturou počítačů a studenti poznají funkcionalitu jeho typických podsystémů.
- Studijní materiály:
-
[1] Hennessy, J. L., and D. A. Patterson. Computer Architecture: A Quantitative Approach, 4rd ed. Morgan Kaufman, 2006. ISBN: 0123704901.
[2] Patterson, D. A., and J. L. Hennessy. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, 4rd ed. Morgan Kaufman, 2011. ISBN: 0123747503.
- Poznámka:
-
Stránky předmětu: https://cw.felk.cvut.cz/wiki/courses/b35apo/ .
- Další informace:
- https://cw.felk.cvut.cz/wiki/courses/b35apo/
- Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:
- Rozvrh není připraven
- Rozvrh na letní semestr 2023/2024:
-
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po Út St Čt Pá - Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Kybernetika a Robotika 2016 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Informatika a počítačové vědy 2016 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Internet věcí 2016 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Software 2016 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Počítačové hry a grafika 2016 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - před rozřazením do oborů (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - před rozřazením do specializací (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Základy umělé inteligence a počítačových věd 2018 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Internet věcí 2018 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Software 2018 (povinný předmět programu)
- Otevřená informatika - Počítačové hry a grafika 2018 (povinný předmět programu)
Předmět B0B35APO může být splněn v zastoupení předmětem BE5B35APO
Předmět B0B35APO může být splněn v zastoupení předmětem B4B35APO
Předmět B0B35APO může být splněn v zastoupení předmětem B3B35APO