Technologie počítačů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Předmět se prakticky zaměřuje na vestavné systémy a low-level software. Vysvětluje, že základem je návrh algoritmů a jejich implementace ať už v hardwaru nebo v softwaru s ohledem na omezující podmínky (velikost, rychlost, spolehlivost). Témata jsou probírána přehledovou formou a procvičována na konkrétních příkladech v laboratoři. Laboratorní cvičení jsou zaměřená na to, aby se studenti seznámili zejména s metodami výuky, např. jak ukázat, že existuje nejen rekonfigurovatelný software (program v přepisovatelné paměti), ale i hardware (FPGA). Předvádí se, jak úlohy přizpůsobit výuce středoškolských studentů a jejich předpokládaným znalostem např. pomocí interaktivních návodů.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Procesor, jeho vývoj a univerzalita, co je SW a co HW, paměť, neboli co znamená popis vlastností notebooku, programovací jazyky, od C k assembleru a od tranzistoru k hradlu a paměti a zejména vzájemné souvislosti

2.Úvod elektro: napětí, proudy, součástky, výkon (proč to topí, příprava na tranzistory).

3.Digitální součástky: tranzistory, CMOS.

4.Proč je důležitý matematický základ? Modely: popis kombinační logiky a sekvenční logiky, optimalizace.

5.Metody návrhu kombinačních a sekvenčních systémů, využití EDA tools.

6.Procesor, aritmetická jednotka, realizace operací.

7.Od strojového kódu přes assembler k C.

8.Návrh řídicího systému na jednočipovém procesoru.

9.Paměti, hierarchie, cache.

10.Současný svět je propojený – fyzikální zákony, způsob komunikace: od point-to-point přes sběrnice, k Internetu.

11.Bezpečnost, spolehlivost, proč kódy pro detekci a opravu chyb.

12.Vestavné systémy, práce reálném čase aneb co si můžu udělat a proč (inteligentní domácnost).

13.Ukázky návrhu IO z praxe.

Osnova cvičení:

1.Funkcionalitu analogových i číslicových obvodů studenti modelují v softwaru Mathematica. Výsledky ověřují na konkrétních domácích úlohách (např. cvičení 9: řídicí systém pro otvírání zámků). Zároveň každý student vypracuje alespoň jeden mikrovýstup, tj. podrobný návod na realizaci cvičení.

2.Úvod do Mathematica.

3.Analogové obvody: MUN, HUS, decibely.

4.Simulace chování obvodů – základní obvody RLC – RC článek – parazitní kapacity, dioda, tranzistory.

5.Úrovně abstrakce, od tranzistorů k logickým funkcím.

6.Logické funkce – kombinační obvody.

7.Úvod do Vivada sčítačka.

8.Odčítačka, dekodér.

9.Testování kombinačních obvodů.

10.Sekvenční obvody.

11.Vyhledávání v posloupnosti.

12.Sčítačka/odčítačka v SSO.

13.Zobrazení záporných čísel.

Cíle studia:

Vysvětlit, jak je možné, že na informatiku a elektronizaci narazíte všude, co to je informatika, její vztah k číslicové technice, číslicovým počítačům a řídicím systémům. Vysvětlit a ukázat budoucím učitelům, jak funguje počítač na konkrétních příkladech (výkonné jednotky, řadiče, zrychlené násobičky, apod.), aby získali nadhled a pochopili historii a logiku oboru.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

Kubátová H.: Struktura a architektura počítačů s řešenými příklady. ČVUT Praha, 2016. ISBN 978-80-01-06410-8.

Kyncl J., Novotný M.: Číslicové a analogové obvody (2nd Edition). ČVUT v Praze, 2016. ISBN 978-80-01-05167-2.

Doporučená literatura:

Patterson D. A., Hennessy J. L.: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface (5th Edition). Morgan Kaufmann, 2014. ISBN 978-0128012857.

Wakerly J. F.: Digital Design: Principles and Practices (5th Edition). Pearson, 2018. ISBN 978-0134460093.

Mano M. M., Ciletti M. D.: Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and SystemVerilog (6th Edition). Pearson, 2017. ISBN 978-0134549897.

Lee E. A., Seshia S. A.: Introduction to Embedded Systems A Cyber-Physical Systems Approach (2nd Edition). MIT Press, 2017. ISBN 9780262533812.

Marwedel P.: Embedded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems, and the Internet of Things (3rd Edition). Springer, 2018. ISBN 978-3319560434.

Dean B., Llamocca D.: Introduction to Analog and Digital Circuits. Kendall Hunt Pub, 2019. ISBN 978-1792408809.

Poznámka:

chybí

Další informace:

chybí

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: