Pokročilé architektury počítačů

Vztahy:

Předmět A8M36ACA nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět AE8M36ACA (vztah je symetrický)

Předmět A8M36ACA může být splněn v zastoupení předmětem AE8M36ACA

Předmět A8M36ACA nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět AE8M36ACA (vztah je symetrický)

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra řídicí techniky

Anotace:

Předmět rozšiřuje znalosti studentů v oblasti architektury moderních počítačů. Pozornost věnujeme zejména

problematice paralelismu, implementaci koncepce paralelismu v hardwaru, vytváření paralelního programu, architektuře

soudobých počítačů využívajících paralelismu na úrovni instrukcí a vláken, pokročilému proudovému zpracování

instrukce, paměťovému a perifernímu subsystému a jejich návrhu.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvod do moderní architektury počítačů; počítače řízené tokem instrukcí (control driven) a tokem údajů (data

driven a demand driven). Klasifikace počítačových architektur podle Flynna; Vícejádrové, víceprocesorové a

vícepočítačové systémy, pojem paralelního zpracování. Amdahlův a Gustafsonův zákon. Výkonové metriky.

2. Paralelismus na úrovni instrukcí, vláken, programů a dat. Časový a prostorový paralelismus. Bernsteinovy

podmínky paralelismu, datová a řídicí závislost. Úvod do programování paralelních systémů. Rozvrhování

programů (statické, dynamické) a meziprocesová/meziprocesorová komunikace a synchronizace. Výpočtová

granularita a zrnové balení. Mapování procesů a dat.

3. Programování paralelních systémů II. - použití Message Passing Interface (MPI) a Open Multi-Processing

(OpenMP) pro tvorbu paralelních programů.

4. Programování paralelních systémů III. - využití grafických karet pro paralelní programy - GPU (Graphics

processing unit) a GPGPU (General-purpose computing on GPU).

5. Skalární procesor: Cesta instrukce a dat z vedlejší paměti až k procesoru z pohledu hierarchie pamětí, operačního

systému a procesoru.

6. Predikce, prediktory a předvýběr instrukcí: Statické a dynamické predikce; Smithův prediktor, dvou-úrovňové

prediktory s lokální a globální historií, dvou-módový prediktor, loop-counting prediktory a další.

7. Od skalárního procesoru k superskalárnímu (pokročilé techniky instrukčního toku) Superskalární procesory se

statickým, dynamickým a hybridním plánováním vykonávaní instrukcí.

8. Spelukace: Spekulativní provádění instrukcí a podpora přesného přerušení. Procesory VLIW a EPIC. Využití

datového paralelismu, SIMD a vektorové instrukce v ISA.

9. Multiprocesorové systémy a problém koherence: Architektury multiprocesorových počítačů. Systémy s

distribuovanou a sdílenou pamětí (DMS, SMS). Architektury symetrických multiprocesorových počítačů (SMP).

Způsoby zajištění koherence v SMP. Pravidla pro provádění paměťových operací, zajištění sekvenční

konzistence, slabší modely paměťové konzistence, directories.

10. Časový a prostorový paralelizmus v praxi: Ukázka vybraných partií na procesoru Intel Nehalem.

11. Superpočítače dnešní doby: Masívně paralelní procesory (MPP) a clustery, Superpočítače na bázi GPU;

Propojovací sítě - statické a dynamické.

12. Architektura I/O podsystému. Aktuální sběrnice. Způsoby propojení procesoru, paměti a periférií uvnitř systémů

na čipu (SoC). Vyrovnávací paměti v I/O podsystému, způsoby implementace sdíleného přístupu.

13. Realizace moderního IO podsystému (NUMA architektury), HyperTransport, Quick Path Interconnect.

14. Perspektivy a omezení dalšího rozvoje

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Hennesy, J. L., Patterson, D. A.: Computer Architecture : A Quantitative Approach, Third Edition, San

Francisco, Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 2002

2. Shen, J.P., Lipasti, M.H.: Modern Processor Design : Fundamentals of Superscalar Processors, First Edition,

New York, McGraw-Hill Inc., 2004

3. Grama A., Gupta, A. et al.: Introduction to Parallel Computing, Second Edition, Addison Wesley, 2003

Poznámka:

Další informace:

https://cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/b4m35pap/start

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Otevřené elektronické systémy - Integrované elektronické systémy (povinný předmět oboru)