Detail předmětu

Návrh počítačových systémů

FIT-INPAk. rok: 2020/2021

Princip činnosti a konstrukce procesoru. Koncepce počítačů von Neumannova typu. Zobrazení a kódování informace v počítači. Instrukce, jejich formáty a kódování, způsoby adresování, architektura instrukčního souboru. Modelování algoritmů a subsystémů počítače ve VHDL. Řetězené zpracování instrukcí. Aritmetické a logické operace. Řadič: základní funkce, obvodová a mikroprogramová realizace. Paměti: typy, organizace, řízení. Hierarchie pamětí, rychlá vyrovnávací paměť. Periferní jednotky, sběrnice a jejich řízení. Měření výkonnosti. Spolehlivost výpočetních systémů. Úvod do moderních procesorů a paralelních architektur.

Výsledky učení předmětu

Studenti jsou schopni popsat činnost jednotlivých operačních, paměťových a řídicích podsystémů počítače a jejich vzájemnou komunikaci. Ovládají jazyk VHDL.
Pochopení vývojových trendů a možností výpočetní techniky.

Korekvizity

Booleova algebra, základy teorie elektrických obvodů, základní stavební prvky počítačů, návrh kombinačních a sekvenčních obvodů.

Doporučená nebo povinná literatura

Drábek, V: Computer organization. Lecture notes of Brno University of Technology, PC-DIR publ., Brno, 1995. (in Czech).
Pinker, J., Poupa, M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN - technická literatura, Praha, 2006
Pinker, J., Poupa, M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN - technická literatura, Praha, 2006. (in Czech).
Hennessy, J. L., Patterson, D. A.: Computer Architecture: A Quantitative Approach, 2nd edition, Morgan Kaufmann Publ., 1996, and new editions, e.g. the 5th ed. from 2012.
Materials presented at course, available on the course website.
Materials presented at course, available on the course website.
Hamacher, C., Vranesic, Z., Zaky, S.,  N. Manjikian: Computer Organization and Embedded Systems, 6th edition, McGraw Hill Education, 2011, ISBN-13: 978-0073380650

Způsob a kritéria hodnocení

Závěrečná zkouška a vypracování projektů v předepsaných termínech.
Podmínky zápočtu:
Pro získání zápočtu musí student získat nejméně 19 bodů z projektů.

Pokud bude odhaleno plagiátorství nebo nedovolená spolupráce na projektech, zápočet nebude udělen a dále bude zváženo zahájení disciplinárního řízení.

Bez zápočtu se student nemůže zúčastnit zkoušky.

Jazyk výuky

čeština, angličtina

Cíl

Seznámit studenty s výstavbou a činností (jednojádrového) procesoru, zejména s jednotlivými operačními, paměťovými a řídicími podsystémy, s algoritmy základních operací v pevné a pohyblivé řádové čárce, komunikací mezi jednotlivými podsystémy a začleněním procesoru do paralelního výpočetního systému.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na přednáškách a demonstračních cvičeních v tomto předmětu není kontrolována. Znalosti studentů jsou ověřovány vypracováním projektů a závěrečnou zkouškou. Pro získání bodů ze zkoušky je nutné zkoušku vypracovat tak, aby byla hodnocena nejméně 23 body. V opačném případě bude zkouška hodnocena 0 body. V případě nahlášené překážky ve smyslu čl. 55 Studijního a zkušebního řádu VUT stanoví garant (na písemnou žádost studenta) způsob náhrady zmeškané aktivity.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BIT bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  • Úvod, princip činnosti procesoru.
  • Reprezentace dat.
  • Instrukční soubory, registrové struktury.
  • Modelování ve VHDL.
  • Řetězené zpracování informace.
  • Algoritmy operací v pevné řádové čárce.
  • Algoritmy operací v pohyblivé řádové čárce, iterační algoritmy.
  • Řadiče.
  • Paměti, rychlá vyrovnávací paměť.
  • Sběrnice, připojování a ovládání periferií.
  • Výkonnost počítačů a měření výkonnosti.
  • Spolehlivost výpočetních systémů.
  • Úvod do paralelních architektur.

Cvičení odborného základu

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  • VHDL - úvod
  • VHDL - syntetizovatelný kód
  • Práce s FITkitem
  • Procesor ve VHDL
  • Huffmanův a Hammingův kód
  • Kód zbytkových tříd, sčítačky
  • Násobičky
  • Dělení
  • Iterační algoritmy
  • Výkonnost, spolehlivost
  • Paralelní architektury

Projekt

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  • V průběhu semestru budou zadány 2 projekty (za 15 a 23 bodů).