Detail předmětu
Návrh počítačových systémů
INP Ak. rok 2004/2005 zimní semestr 5 kreditů
Koncepce počítačů von Neumannova typu. Úvod do VHDL. Měření výkonnosti. Typy informace, její zobrazení a kódování. Instrukce, jejich formáty a kódování, způsoby adresování, architektura ISA. Modelování algoritmů a subsystémů ve VHDL. Řetězené zpracování. Aritmetické a logické operace. Algoritmy a funkční jednotky. Řadič: základní funkce, obvodová a mikroprogramová realizace. Paměti: typy, organizace, řízení. Hierarchie pamětí, virtuální paměť. Periferní jednotky, sběrnice a jejich řízení, paralelní a sériová číslicová rozhraní.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 39 hod. přednášky
- 5 hod. cvičení
- 4 hod. pc laboratoře
- 4 hod. projekty
Zajišťuje ústav
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu
Student se seznámí se základy architektury a návrhu instrukčních souborů, adresovými prostory, principy kódování čísel s pevnou a pohyblivou řádovou čárkou, pochopí kódování čísel se znaménkem, sčítání, násobení a dělení čísel se znaménkem v pevné a pohyblivé řádové čárce a další operace prováděné v binárním tvaru, další iterační algoritmy pro dělení, výpočet trigonometrických funkcí a dalších složitějších funkcí, jako například druhá odmocnina. Seznámí se s výstavbou obvodových a mikroprogramových řadičů, paměťových podsystémů a vstup-výstupních podsystémů. Studenti jsou schopni popsat činnost jednotlivých operačních, paměťových a řídicích podsystémů počítače a jejich vzájemnou komunikaci pomocí jazyka VHDL.
Student pochopí principy a prostředky hledání optimálního technického návrhu na základě optimalizace poměru cena - výkon a význam automatizovaných návrhových prostředků pro technickou praxi. Získá rovněž globální manažerský pohled na možnosti a parametry číslicových počítačů, trendy a možnosti dalšího vývoje.
Cíle předmětu
Seznámit studenty s výstavbou a činností jednotlivých operačních, paměťových a řídicích podsystémů počítače, s algoritmy základních operací v pevné a pohyblivé řádové čárce, vše na binární úrovni, což dá studentům možnost pochopit, jakými algoritmy se sčítají, násobí a dělí čísla se znaménkem v pevné a pohyblivé řádové čárce a dále jakými iteračními algoritmy se počítají složitější aritmetické funkce, jako trigonometrické, odmocnina a další. Cílem je dále seznámit studenta s principy činnosti paměťového podsystému, vstup- výstupního podsystému, se způsobem jejich řízení a s komunikací mezi jednotlivými podsystémy. Popisovací, simulační a návrhový prostředek je jazyk VHDL podporovaný ověřeným návrhovým programovým prostředkem.
Doporučené prerekvizity
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Nejsou žádné prerekvizity.
Literatura referenční
- Drábek V.: Výstavba počítačů, skripta VUT v Brně, PC-DIR, Brno, 1995.
- 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
- Vývoj počítačů, klasifikace, úvod do VHDL.
- Výkonnost počítačů a měření výkonnosti.
- Instrukční soubory, registrové struktury.
- Reprezentace dat, přesnost a chyby.
- Řetězené zpracování informace, modelování ve VHDL.
- Algoritmy operací v pevné řádové čárce.
- Algoritmy operací v pohyblivé řádové čárce, iterační algoritmy.
- Polosemestrální písemka, obvodový řadič.
- Mikroprogramový řadič.
- Paměti.
- Rychlá vyrovnávací paměť, virtuální paměť.
- Paralelní a sériové sběrnice.
- Připojování a ovládání periferií.
Osnova numerických cvičení
- Hodnocení výkonnosti, Huffmanův kód, Hammingův kód, kódování FX čísel se znaménkem.
- Detekce přeplnění, sčítačka, generátor rychlého přenosu.
- Řetězené zpracování.
- Násobení.
- Boothovo překódování.
- Dělení.
- Iterační algoritmy.
Osnova počítačových cvičení
- Řešení příkladů a domácích úkolů ve VHDL.
Průběžná kontrola studia
Udělení zápočtu je podmíněno absolvováním polosemestrální písemné zkoušky a vypracováním projektů v předepsaných termínech.
Kontrolovaná výuka
Vypracování projektů, polosemestrální písemná zkouška, závěrečná písemná zkouška. Za projekty i za polosemestrální zkoušku musí student získat nenulový počet bodů.