Počítačové systémy

Garant předmětu:

Petr Štěpán

Přednášející:

Jakub Dupák, Matěj Kafka, Pavel Píša, Petr Štěpán

Cvičící:

Jakub Dupák, Matěj Kafka, Pavel Píša, Štěpán Pressl, Petr Štěpán

Předmět zajišťuje:

katedra kybernetiky

Anotace:

Předmět vysvětlí, co je informace, jak se kódují celá a reálná čísla uvnitř počítače, jak se kóduje informace z reálného prostředí. Dále jsou popsány principy činnosti počítače, booleova algebra, logická hradla a složitější logické funkce.

Mimo to se předmět věnuje praktickým principům práce s počítačem jako je ovládání příkazové řádky, automatický překlad, vzdálený přístup, verzovací systémy.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Základy textového rozhraní počítače, příkazová řádka. Základy Bash. Hierarchie jmenných prostorů.

2. Skriptovací jazyky kompatibilní s Bash. Přepínače a parametry příkazů, přesměrování vstupů a

výstupů, řetězení příkazů.

3. Základy teorie informace, informační entropie, bit. Kódování informace, reprezentace celých čísel bez

znaménka a se znaménkem. Operace s celými čísly.

4. Reprezentace reálných čísel, čísla s pevnou a plovoucí řádovou čárkou. Standard IEEE 754. Operace

s reálnými čísly.

5. Automatizace překladu, nástroj Make. Knihovny, statické, dynamické knihovny. Organizace dynamických

knihoven.

6. Ladění a profilování programů. Nástroje gdb, valgrind. Dynamická alokace a její kontroly.

7. Testování programů, testovací případy, testování částí. Analýza testovacích případů, pokrytí kódu, pokrytí

podmínek.

8. Vzdálený přístup, šifrovaný přístup, privátní a veřejný klíč.

9. Verzovací systémy, historie, distribuované verzovací systémy, git. Zjišťování stavu projektu, historie změn, uložení rozpracovaného stavu, uložení změn, nelineární vývoj, vytváření a spojování větví. Vydání verzí.

10. Booleova algebra, logické funkce, logická hradla.

11. Multiplexor, poloviční a celá sčítačka, zřetězená sčítačka, sčítačka s propagací carry.

12. Huffmanovo kódování, komprese dat. Detekce chyb. Kódování písmen, barev, obrázků, hudby, videa.

13. Bonusová přednáška - Editory pro vzdálený přístup (Vim, emacs). Další nástroje pro vzdálenou správu ranger, tmux, apod.

Osnova cvičení:

1. Seznámení s počítačovou učebnou, základní unixové příkazy, souborové systémy.

2. Vytváření skriptů pro Bash. Manipulace s proměnnými, textové náhrady, reprezentace čísel a výpočtů

3. Parametry skriptů, zpracování přepínačů. Přesměrování vstupů a výstupů, řetězení programů pomocí rour.

4. Reprezentace čísel v jazyce C, přetečení. Násobení a dělení celých čísel, operace modulo. Čísla s pevnou

desetinnou tečkou.

5. Převod čísel do zadané soustavy, dvojková, desítková, šestnáctková a zpět. Uložení a načtení čísel ve formátu

little a big endian.

6. Logické obvody, sestavení sčítačky dvou 8-bitových čísel pomocí hradel.

7. Dokončení sčítačky dvou 8-bitových čísel.

8. Bitové manipulace s informací v jazyce C. Nastavení a vynulování hodnot o velikosti 1 až 7 bitů v paměti.

9. Detekce chyb, CRC kód. Hammingův kód.

10. Nástroj Make, vytvoření Makefile pro jednoduchý projekt, porozumění a úprava složitějších konstrukcí

11. Nástroj GDB, nalezení chyby v programu. Nástroj valgrind, nalezení chyby dynamické alokace.

12. Testování programů. Nalezení pokrytí kódu, nástroj lcov.

13. Vytvoření klíče pro přístup k počítači bez zadání hesla. Použití editoru Vim.

14. Použití klíče pro přístup na gitlab. Založení projektu na gitlabu a změna souborů. Vytvoření větve a sloučení

větve. Vydání verze projektu a merge request.

Cíle studia:

Cílem předmětu je seznámit studenty s reprezentací dat uvnitř počítače a se základními principy práce s počítačem.

Studijní materiály:

Šusta R.: BinarniPrerekvizita.pdf - https://dcenet.fel.cvut.cz/edu/fpga/doc/BinarniPrerekvizita.pdf

Terman Ch.: MIT Computation Structures - https://computationstructures.org/lectures

Patterson, D. A., and J. L. Hennessy. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, 4rd ed.

Morgan Kaufman, 2011. ISBN: 0123747503.

Poznámka:

Další informace:

https://psy.pages.fel.cvut.cz/

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

	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 KN:A-214 Štěpán P. Dupák J. 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Karlovo nám. Posluchárna KA214místnost KN:A-424 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 108) Karlovo nám. Poč. učebna A424místnost KN:A-424 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 110) Karlovo nám. Poč. učebna A424
Út	místnost KN:A-424 Pressl Š. 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 106) Karlovo nám. Poč. učebna A424místnost KN:A-424 Pressl Š. 14:30–16:00 (přednášková par. 1 paralelka 105) Karlovo nám. Poč. učebna A424
St
Čt	místnost KN:A-424 Dupák J. 09:15–10:45 (přednášková par. 1 paralelka 104) Karlovo nám. Poč. učebna A424místnost KN:A-424 Štěpán P. 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 101) Karlovo nám. Poč. učebna A424místnost KN:A-424 Kafka M. 14:30–16:00 (přednášková par. 1 paralelka 102) Karlovo nám. Poč. učebna A424místnost KN:A-424 Kafka M. 16:15–17:45 (přednášková par. 1 paralelka 103) Karlovo nám. Poč. učebna A424 místnost KN:E-23 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 109) Karlovo nám. Laboratoř ABmístnost KN:E-23 14:30–16:00 (přednášková par. 1 paralelka 107) Karlovo nám. Laboratoř AB
Pá

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Otevřená informatika - před rozřazením do specializací (povinný předmět programu)
• Otevřená informatika - Základy umělé inteligence a počítačových věd 2025 (povinný předmět programu)
• Otevřená informatika - Internet věcí 2025 (povinný předmět programu)
• Otevřená informatika - Software 2025 (povinný předmět programu)
• Otevřená informatika - Počítačové hry a grafika 2025 (povinný předmět programu)