Struktura a architektura počítačů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Studenti zvládnou základní jednotky číslicového počítače, porozumějí jejich struktuře, funkci, způsobu realizace (aritmeticko-logická jednotka, řadič, paměť, vstupy, výstupy, způsoby uložení dat a jejich přenosu mezi jednotkami). Logický návrh a realizace programem řízeného jednoduchého procesoru je prakticky realizováno v laboratoři na moderních prostředcích číslicového návrhu.

Požadavky:

Základní znalost fyzikálních principů zvláště číslicových obvodů (spínací režim transistorů, způsob realizace registrů, princip uložení informace do paměťového prvku), základy diskrétní matematiky (číselné soustavy, Booleova algebra).

Osnova přednášek:

1. Úvod, základní architektura počítače, zobrazení dat. Logické obvody, formy jejich popisu, kombinační obvody a jejich realizace na úrovni hradel.

2. Sekvenční obvody a jejich realizace. Synchronní návrh, příklady praktické realizace pomocí hradel a klopných obvodů. Rozdíl mezi Mealyho a Moore automatem. Typické kombinační a sekvenční obvody v číslicových počítačích - jejich realizace (kodéry, sčítačky, čítače, registry).

3. Data, jejich zobrazení a zpracování. Aritmetické operace s čísly se znaménkem. Pevná a pohyblivá řádová čárka.

4. Realizace aritmetických operací. Paměti - struktura paměťového obvodu, statické a dynamické paměti.

5. Paměťový systém počítače. Periferní zařízení. Instrukce a strojový kód.

6. Architektura souboru instrukcí. Návrh procesoru. Procesor AVR.

7. Typy řadičů. Základní typy procesorů.

Osnova cvičení:

1. Předvedení výsledků. Zápočet. Sčítačka, hradla, realizace v přípravku. Booleova algebra, minimalizace, hradla. Kombinační obvody, převodníky. Minimalizace, realizace pomocí hradel, logické funkce. Sekvenční obvody, čítač, detekce správné posloupnosti.

2. Sekvenční návrh, graf přechodů, tabulka, realizace D klop. obvodem a hradly. Architektura AVR procesoru, první vzorový program. Aritmetika, sčítání, záporná čísla, přetečení, doplňkový kód. Program - posuvy, ASCII. Test, zadáni dom. úkolu, asembler. Práce na dom. úkolu - zobrazeni na displeji Programy na aritemtiku, posuvy a zobrazeni na periferie.

Cíle studia:

Předmět poskytuje základní znalost principů, jak je postaven číslicový počítač, jakým způsobem se v něm realizují operace, co je to strojový kód a jaká je vazba na vyšší programovací jazyky.

Studijní materiály:

Kubátová, H., Blažek, Z. ''Logické systémy: Cvičení''. Praha: ČVUT, 1994. ISBN 80-01-01227-1.

Douša, J., Pluháček, A. ''Introduction to Computer Systems''. Praha: ČVUT, 2000. ISBN 80-01-02103-3.

Gajski, D. D. ''Principles of Digital Design''. Prentice Hall, 1996. ISBN 0133011445.

Friedman, A. D., Menon, P. R. ''Theory and Design of Switching Circuits''. Computer Science Press, 1975. ISBN 0914894528.

McCluskey, E. J. ''Logic Design Principles''. Prentice-Hall, 1986. ISBN 0135397685.

Sasao, T. ''Switching Theory for Logic Synthesis''. Springer, 1999. ISBN 0792384563.

http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-111Introductory-Digital-Systems-LaboratoryFall2002/CourseHome/index.htm

Poznámka:

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

Další informace:

https://courses.fit.cvut.cz/BI-SAP/

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bc. program Informatika, pro fázi studia bez oboru, kombi., 2015 - 2020 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Bezpečnost a informační technologie, kombi., 2015 - 2019 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Webové a softwarové inženýrství, zaměření Softwarové inženýrství, kombi., 2015 - 2020 (povinný předmět programu)
• Bc. obor Bezpečnost a informační technologie, kombinovaná forma studia, 2020 (povinný předmět programu)