Jednotky počítačů

Garant předmětu:

Pavel Kubalík

Přednášející:

Pavel Kubalík

Cvičící:

Pavel Kubalík

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Studenti si prohloubí základní znalosti o jednotkách číslicového počítače získané v povinném předmětu programu BI-SAP, podrobně se seznámí s vnitřní strukturou a organizací jednotek počítačů a procesorů a jejich interakcí s okolím, včetně zrychlování přenosů v aritmeticko-logické jednotce a využití vhodných kódů pro realizaci násobení. Bude podrobně probírána organizace hlavní paměti a dalších vnitřních pamětí (adresovatelných, LIFO, FIFO a CAM), včetně kódů pro detekci a opravu chyb při paralelních i sériových přenosech dat. Seznámí se i s metodikou návrhu řadičů, s principy komunikace procesoru s okolím a architekturou sběrnicového systému. Látka bude prakticky procvičována v laboratoři s pomocí výukového simulátoru mikroprogramovaného procesoru a programovatelných obvodů FPGA.

Požadavky:

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

Osnova přednášek:

1. Funkční jednotky a struktura počítače.

2. Realizace aritmetických operací.

3. Obvody pro aritmetické operace v doplňkovém kódu.

4. Návrh řadiče a řídicích jednotek procesoru.

5. Obvody pro násobení a dělení.

6. Architektury a principy paměťový prvků.

7. Realizace pamětí s různou organizací a přístupem (adresovatelné, LIFO, FIFO, CAM).

8. [2] Zabezpečení pamětí lineárními kódy.

10. Zabezpečení pamětí a sériových datových přenosů cyklickými kódy.

11. V/V jednotky a jejich řízení.

12. Datové cesty, vnější sběrnice, typy a přidělování.

13. Obvody pro operace v pohyblivé řádové čárce.

Osnova cvičení:

1. Číselné soustavy, převody a operace.

2. Reprezentace záporných čísel.

3. Jednoduchý procesor - instrukce, strojový kód, datová část.

4. Jednoduchý procesor - základní cyklus a styk s okolím.

5. Jednoduchý procesor - mikroprogramování.

6. Jednoduchý procesor - předvedení mikroprogramu.

7. Návrh klasického (obvodového) řadiče I.

8. Návrh klasického (obvodového) řadiče II.

9. Lineární kódy.

10. Cyklické kódy.

11. Návrh komponenty procesoru na bázi FPGA.

12. Předvedení navržené komponenty.

13. Rezerva a zápočet.

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 polích za pomoci simulátorů.

Studijní materiály:

1. Hennesy, J. L., Patterson, D. A. ''Computer Architecture: A Quantitative Approach (6th Edition)''. Morgan Kaufmann, 2017. ISBN 9780128119051.

2. Tanenbaum, A. S. ''Structured Computer Organization (6th Edition)''. Prentice Hall, 2013. ISBN 9780132916523.

3. Stallings, W. ''Computer Organization and Architecture: Designing for Performance (10th Edition)''. Prentice Hall, 2016. ISBN 9780134101613.

4. Hamacher, C., Vranesic, Z., Zaky, S. ''Computer Organization (5th Edition)''. McGraw-Hill, 2011. ISBN 9781259005275.

Poznámka:

Informace o předmětu a výukové materiály naleznete na https://courses.fit.cvut.cz/BI-JPO/

Na tento předmět navazuje v magisterském studiu předmět Počítačová aritmetika.

Rozvrh na zimní 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
Út	místnost TH:A-1442 Kubalík P. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Thákurova 7 (budova FSv)
St	místnost TH:A-1048 Kubalík P. 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 101) Thákurova 7 (budova FSv) Servitova laborka
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Mgr. specializace Počítačová bezpečnost, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Návrh a programování vestavných systémů, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Počítačové systémy a sítě, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Manažerská informatika, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Softwarové inženýrství, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Systémové programování, verze od 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Webové inženýrství, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Znalostní inženýrství, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Teoretická informatika, 2020 (volitelný předmět)
• Mgr. program, pro fázi studia bez specializace, ver. pro roky 2020 a vyšší (volitelný předmět)
• Bc. specializace Informační bezpečnost, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Manažerská informatika, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačová grafika, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové inženýrství, 2021 (PS)
• Bc. program, pro fázi studia bez specializace, 2021 (VO)
• Bc. specializace Webové inženýrství, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Umělá inteligence, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Teoretická informatika, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Softwarové inženýrství, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové systémy a virtualizace, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové sítě a Internet, 2021 (volitelný předmět)
• Study plan for Ukrainian refugees (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Systémové programování, verze od 2023 (volitelný předmět)
• Mgr. specializace Teoretická informatika, 2023 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Informační bezpečnost, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. program, pro fázi studia bez specializace, 2024 (VO)
• Bc. specializace Manažerská informatika, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačová grafika, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Softwarové inženýrství, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Webové inženýrství, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové sítě a Internet, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové inženýrství, 2024 (PS)
• Bc. specializace Počítačové systémy a virtualizace, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Umělá inteligence, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Teoretická informatika, 2024 (volitelný předmět)