Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2022/2023

Architektura počítačů

Přihlášení do KOSu pro zápis předmětu Zobrazit rozvrh
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
B0B35APO Z,ZK 5 2P+2L česky
Předmět nesmí být zapsán současně s:
Computer Architectures (BE5B35APO)
Architektura počítačů (B3B35APO)
Architektura počítačů (B4B35APO)
Přednášející:
Pavel Píša (gar.), Petr Štěpán, Richard Šusta
Cvičící:
Pavel Píša (gar.), Roman Bartosiňski, Petr Čížek, Jakub Dupák, Miroslav Hanák, Jan Kaisrlík, Karel Kočí, Filip Kučera, Rostislav Lisový, Petr Martinec, 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 2022/2023:
Rozvrh není připraven
Rozvrh na letní semestr 2022/2023:
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
místnost T2:D3-309
Píša P.
Štěpán P.

14:30–16:00
(přednášková par. 2)
Dejvice
T2:D3-309
Út
místnost KN:E-23
Kočí K.
08:15–10:00
(přednášková par. 2
paralelka 101)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23
Kočí K.
10:00–11:45
(přednášková par. 2
paralelka 102)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23
Štěpán P.
15:15–17:00
(přednášková par. 2
paralelka 103)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23
Štěpán P.
17:00–18:45
(přednášková par. 2
paralelka 104)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
St
místnost KN:E-23

14:30–16:00
(přednášková par. 2
paralelka 106)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
Čt
místnost KN:E-23
Dupák J.
09:15–10:45
(přednášková par. 2
paralelka 115)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23
Píša P.
Kučera F.

16:15–17:45
(přednášková par. 2
paralelka 111)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23
Píša P.
Kučera F.

18:00–19:30
(přednášková par. 2
paralelka 116)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23
Dupák J.
11:00–12:30
(přednášková par. 2
paralelka 112)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23

12:45–14:15
(přednášková par. 2
paralelka 113)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
místnost KN:E-23

14:30–16:00
(přednášková par. 2
paralelka 114)

Karlovo nám.
Laboratoř AB

místnost KN:E-23

11:45–13:30
(přednášková par. 2
paralelka 118)

Karlovo nám.
Laboratoř AB
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 4. 2. 2023
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese https://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet4703306.html