Detail předmětu

Návrh počítačových systémů

INP Ak. rok 2023/2024 zimní semestr 6 kreditů

Aktuální akademický rok

Princip činnosti 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 instrukcí. Aritmetické a logické operace v pevné a pohyblivé řádové čárce. 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

Koordinátor předmětu

Jazyk výuky

česky, anglicky

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

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

Bodové hodnocení

  • 52 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 15 bodů půlsemestrální test (písemná část)
  • 33 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Stránky předmětu

Studijní materiály a aktuální informace: E-learning 

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.

Po absolvování předmětu budou studenti schopni popsat činnost jednotlivých operačních, paměťových a řídicích podsystémů počítače a jejich vzájemnou komunikaci. Zvládnou základy jazyka VHDL. Budou mít solidní představu o vývojových trendech a možnostech výpočetní techniky.

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.

Doporučené prerekvizity

Literatura studijní

  • Pinker J., Poupa M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN - technická literatura, Praha, 2006.

Literatura referenční

  • Drábek V.: Výstavba počítačů, skripta VUT v Brně, PC-DIR, Brno, 1995.
  • Hamacher, C., Vranesic, Z., Zaky, S., N. Manjikian: Computer Organization and Embedded Systems, 6th edition, McGraw Hill, 2012, ISBN-13: 978-0-07-338065-0
  • 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.

Osnova přednášek

  1. Úvod, princip činnosti procesoru.
  2. Instrukční soubory, registrové struktury.
  3. Procesory s řetězeným zpracováním instrukcí.
  4. Reprezentace dat.
  5. Algoritmy operací v pevné řádové čárce.
  6. Algoritmy operací v pohyblivé řádové čárce, iterační algoritmy.
  7. Řadiče.
  8. Paměti.
  9. Rychlá vyrovnávací paměť.
  10. Sběrnice, připojování a ovládání periferií.
  11. Výkonnost počítačů a měření výkonnosti.
  12. Spolehlivost výpočetních systémů.
  13. Úvod do paralelních architektur.

Osnova numerických cvičení

  1. VHDL - úvod
  2. VHDL - syntetizovatelný kód
  3. FPGA
  4. Procesor ve VHDL
  5. Huffmanův a Hammingův kód
  6. Kód zbytkových tříd, sčítačky
  7. Násobičky
  8. Dělení
  9. Iterační algoritmy
  10. Výkonnost, spolehlivost
  11. Paralelní architektury

Osnova ostatní - projekty, práce

  • V průběhu semestru budou zadány 2 projekty.

Průběžná kontrola studia

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.
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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru