Detail předmětu

Návrh počítačových systémů

INP Ak. rok 2019/2020 zimní semestr 6 kreditů

Princip procesoru. Koncepce počítačů von Neumannova typu. Typy informace, její zobrazení a kódování. Instrukce, jejich formáty a kódování, způsoby adresování, architektura instrukčního souboru. Modelování algoritmů a subsystémů ve VHDL. Řetězené zpracování. 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 paralelních architektur.

Garant předmětu

Zástupce garanta předmětu

Bidlo Michal, Ing., Ph.D. (UPSY FIT VUT)

Jazyk výuky

český

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

39 hod. přednášky, 12 hod. cvičení, 14 hod. projekty

Bodové hodnocení

52 zkouška, 15 půlsemestrální test, 33 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Stránky předmětu

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

Studenti jsou schopni popsat činnost jednotlivých operačních, paměťových a řídicích podsystémů počítače a jejich vzájemnou komunikaci. Ovládají jazyka VHDL.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

Představa o vývojových trendech a možnostech výpočetní techniky.

Cíle předmětu

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.

Proč je předmět vyučován

Tento předmět je klíčový pro všechny inženýry pracující v oblastech informatiky a výpočetní techniky, protože vysvětluje, jak počítače pracují a jak jsou konstruovány na úrovni hardware. Pochopení principů např. realizace aritmetických operací v pevné a pohyblivé řádové čárce, vykonávání instrukcí v řetězených linkách nebo paměťové hierarchie umožní absolventům předmětu navrhovat lepší hardware i software. Psaní vysoce kvalitního kódu je nemožné bez pochopení principů výstavby počítačů.

Korekvizitní znalosti a vědomosti

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

Literatura studijní

  • Drábek, V.: Výstavba počítačů, skripta VUT v Brně, PC-DIR, Brno, 1995.
  • Pinker, J., Poupa, M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN - technická literatura, Praha, 2006.
  • Hennessy, J. L., Patterson, D. A.: Computer Architecture: A Quantitative Approach, 2nd edition, Morgan Kaufmann Publ., 1996, popř. nové edice, např. 5th ed. z r. 2012.
  • Soubor materiálů prezentovaných na přednáškách dostupný na internetových stránkách kurzu.

Literatura referenční

  • Hamacher, C., Vranesic, Z., Zaky, S.,  N. Manjikian: Computer Organization and Embedded Systems, 6th edition, McGraw Hill Education, 2011, ISBN-13: 978-0073380650

Osnova přednášek

  • 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.

Osnova numerických cvičení

  • 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

Osnova ostatní - projekty, práce

  • V průběhu semestru budou zadány 2 projekty.

Průběžná kontrola studia

Závěrečná zkouška, půlsemestrální zkouška a vypracování projektů v předepsaných termínech.

Kontrolovaná výuka

Účast na přednáškách a demonstračních cvičeních v tomto předmětu není kontrolována. Znalosti studentů jsou ověřovány vypracováním projektů, půlsemestrální a závěrečnou zkouškou. Pro získání bodů ze zkoušky je nutné zkoušku vypracovat tak, aby byla hodnocena nejméně 20 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.

Podmínky zápočtu

Pro získání zápočtu musí student získat nejméně 20 bodů během semestru, tj. z půlsemestrální zkoušky anebo 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.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoPSKSkupInfo
Útpřednáškavýuky E104 E105 E112 10:0012:50 2BIB 3BIT xx
Útostatní2019-11-12 L314 10:0010:50INP půlsemestrálka
Útcvičenívýuky E104 E112 13:0013:50 2BIB 3BIT xx 20 - 25
Stzkouška2020-01-22 D0207 D105 16:0017:50 2BIA 2BIB 3BIT 1. oprava
Stcvičenívýuky E104 E105 E112 17:0017:50 2BIA 3BIT xx 10 - 15
Čtzkouška2020-01-09 A112 A113 D0206 D0207 D105 E104 E105 E112 14:0015:50 2BIA 2BIB 3BIT řádná
přednáškavýuky E104 E105 E112 08:0010:50 2BIA 3BIT xx
ostatní2019-11-15 A113 D0207 08:0008:50INP - půlsemestrálka
ostatní2019-11-15 L314 08:0008:50INP půlsemestrálka
zkouška2020-01-31 D0206 D0207 E104 E112 13:0014:50 2BIA 2BIB 3BIT 2. oprava

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BIT, 2. ročník, povinný
  • Program IT-BC-3, obor BIT, 2. ročník, povinný
Nahoru