Architektura počítačů

Vztahy:

Předmět B0B35APO nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět BE5B35APO (vztah je symetrický)

Předmět B0B35APO nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B3B35APO (vztah je symetrický)

Předmět B0B35APO nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B4B35APO (vztah je symetrický)

Předmět B0B35APO může být splněn v zastoupení předmětem BE5B35APO

Předmět B0B35APO nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B3B35APO (vztah je symetrický)

Předmět B0B35APO může být splněn v zastoupení předmětem B4B35APO

Předmět B0B35APO nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B4B35APO (vztah je symetrický)

Předmět B0B35APO může být splněn v zastoupení předmětem B3B35APO

Garant předmětu:

Pavel Píša

Přednášející:

Pavel Píša, Petr Štěpán, Richard Šusta

Cvičící:

Roman Bartosiňski, Petr Čížek, Jakub Dupák, Damir Gruncl, Miroslav Hanák, Jan Kaisrlík, Karel Kočí, Filip Kučera, Michal Lenc, 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.fel.cvut.cz/wiki/courses/b35apo/

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

	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 Štěpán P. 08:15–10:00 (přednášková par. 2 paralelka 101) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Štěpán P. 10:00–11:45 (přednášková par. 2 paralelka 102) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Kučera F. 15:15–17:00 (přednášková par. 2 paralelka 103) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Kučera F. 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 Bartosiňski R. 09:15–10:45 (přednášková par. 2 paralelka 115) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Gruncl D. 16:15–17:45 (přednášková par. 2 paralelka 111) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Píša P. 18:00–19:30 (přednášková par. 2 paralelka 116) Karlovo nám. Laboratoř AB místnost KN:E-23 Bartosiňski R. 11:00–12:30 (přednášková par. 2 paralelka 112) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Lenc M. 12:45–14:15 (přednášková par. 2 paralelka 113) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 Lenc M. 14:30–16:00 (přednášková par. 2 paralelka 114) Karlovo nám. Laboratoř AB
Pá	místnost KN:E-23 Píša P. 11:45–13:30 (přednášková par. 2 paralelka 118) Karlovo nám. Laboratoř AB

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)