[back]

APPS - obsah předmětu, studijní materiály

Literatura

Seznam doporučené a doplňkové literatury je uveden u anotace předmětu APPS v IS Edison.

Starší zdroje informací v tištěné formě:

1. Ličev, Architektura počítačů I, skriptum VŠB-TUO, 1999
2. Ličev, Architektura počítačů II, skriptum VŠB-TUO, 1999
3. Hlavička, Architektura počítačů, skriptum ČVUT, 1998
4. Hlavička, Computer Architecture, skriptum ČVUT, 1999
5. Pechal, Monolitické mikropočítače, BEN, 1998

Studijní materiály (pdf):

1. [tech] Technologie výroby číslicových obvodů - download
2. [arch] Architektura počítače - download
3. [kom] Komunikace s perifériemi - download
4. [proc] Procesory RISC - download
5. [intel] Procesory CISC: historie procesorů Intel x86 - download
6. [mopo] Monolitické počítače - download
7. [pam] Paměti počítačů - download
8. [dsk] Externí paměti počítačů (disky) - download
9. [mon] Zobrazovací jednotky - download

Materiály na internetu (dále označované jako i):

1. TTL, CMOS, mirror
2. Princip činnosti počítače, mirror a download
3. Informace o procesorech rodiny x86.
4. www.wikipedia.org - historie x86
5. AMD
6. Intel
7. Postup výroby procesoru Intel - Intel Shows How A CPU Is Made

Další zdroje informací

1. Přehled technologií zobrazovacích jednotek
2. Technologie LCD

Na přednáškách budou z této literatury vybrány tématické okruhy, odpovídající osnově předmětu. Budou doplněny o další informace, vysvětleny základní pojmy, principy a souvislosti.

Obsah přednášek je proto také jedním z nezbytných zdrojů informací ke zkoušce.

Témata:

1. Technologie výroby číslicových obvodů.

Historie: RTL, DTL, ECL, I2L, HTTL, LTTL, STTL.

Současnost: TTL, ALSTTL. Výstup hradla aktivní, s otevřeným kolektorem, třístavový, proudová zatížitelnost. Chování nezapojeného vstupu, Schmittův KO, odběr vstupu. Logický zisk, zpoždění hradla. Napěťové úrovně pro logickou 0/1, šumová imunita, zákazaná oblast.

CMOS, komplementární zapojení invertoru. Nápajení, spotřeba v klidovém a pracovním režimu.

Technologie výroby pro paměti s pevným obsahem.

Zdroj informací: [pdf-tech], [1], [i1], přednášky.

2. Architektura počítače.

Koncepce počítače dle von Neumanna a harwardská. Čím je tvořen počítač - CPU, paměť a periférie.

Nevýhody základních principů činnosti počítače. Nevýhody von Neumannovy koncepce, výhody harwardské koncepce.

Zdroj informací: [pdf-arch], [1], [3], [i1], přednášky

3. Komunikace s perifériemi

Sběrnice - adresní, datová, řídící. Sdílený a oddělený adresní prostor pro paměť a periférie. Jak se připojuje periférie ke sběrnici, co to je adresní dekodér.

Komunikace metodou vstupně výstupních bran (I/O portů). Komunikace s trvale připravenými perifériemi, použití indikátoru, úplný korespondenční režim (handshake).

Programové řízení obsluhy periférií testováním (pooling), nebo přerušením (interrupt), priority přerušení.

Řízení přenosu dat pomocí DMA řadiče. Důvody existence a princip činnosti DMA.

Řadič periferie, činnosti řadiče.

Použítí komunikačního kanálu, princip činnosti.

Adaptér, činnosti.

Zdroj informací: [pdf-kom], [1], [3], [i2], přednášky

4. Procesory CISC a RISC. Procesory RISC.

Problémy vývoje CISC.

Zřetězení, princip, přínos, nevýhody.

Plnění fronty instrukcí, predikce skoků statická a dynamická, zpožděný skok, použití prázdných instrukcí.

Konflikty (hazardy) datové a strukturální.

Samostudium: nejznámější procesory RISC - ARM a MIPS.

Zdroj informací: [pdf-proc], [1], [3], [i1], přednášky.

5. Procesory CISC firmy Intel - historie i8086 až CORE2.

Průřez historií procesorů, velikost registrů, šířka adresní a datové sběrnice, kdy a kde je podpora chráněného (protected) módu a kompatibilita, stupně priorit. Od kdy je podpora multiprocesorových systémů, kdy se objevila podpora rychlé paměti cache L1, kdy byla implementována na čip, kdy byla oddělena datová a instrukční cache, od kdy je na čipu i cache L2, kdy se stala FPU a MMX součástí procesoru.

Pentium-Pro - blokové schéma, princip činnosti, vykonávání instrukcí (spekulativní) mimo pořadí.

Největší konkurentem Intelu je AMD. Procesory AMD K6, K6-2, K6-III, Athlon, Duron. Odchylky od P-Pro a PIII.

Zdroj informací: [1], [pdf-intel], přednášky.

6. Polovodičové paměti statické a dynamické, hierarchické uspořádání paměti počítače.

Paměti statické, realizace paměťové buňky, vnitřní organizace, vlastnosti.

Paměti dynamické, realizace paměťové buňky, vnitřní organizace, vlastnosti.

Uspořádání pamětí v počítače: Registry, Cache L1, Cache L2, RWM, disková paměť.

Organizace plně asociativní paměti, princip N-úrovňové asociativní paměti. Princip stránkování a virtuální paměti.

Zdroj informací: přednášky, [pdf-pam], [3], [4].

7. Monolitické počítače.

Co to je monolitický počítač, základní konstrukční pravidla a požadavky na monolitické počítače, typická konstrukce M.P.

Organizace paměti a účel: pracovní registr(y), zápisníková paměť, RWM.

Zdroje hodinového signálu, ochrana proti rušení, rozsah napajecího napětí, Brown-Out, Watch-Dog, reset, sleep a stanby režim.

Typické periférie a jejich vlastnosti: obousměrné I/O porty, čítače, časovače, seriové porty USART a I2C, A/D a D/A převodníky, obvody RT, řadiče LCD.

Účel a použití systému přerušeni.

Charakteristika sady strojových instrukcí.

Samostudium: architektura mikropočítače použitého ve cvičeních - ATMega32.

Zdroj informací: [mopo], [5], přednášky.

8. Videoadaptéry, monitory.

Základní blokové schéma videodaptéru (řadič, paměť, D/A převodník), princip činnosti.

Reprezentace analogových veličin v digitální podobě.

Principy tvorby obrazu na monitorech s klasickou obrazovkou a na LCD.

Obnovovací frekvence, šířka pásma.

LCD, Plazma, OLED, E-Ink.

Zdroj informací: [pdf-mon], přednášky.

9. Diskové paměti.

Disková paměťová média. Princip získávání a ukládání informací s magnetickým, optickým a magneto-optickým přenosem.

Organizace dat na disketách, pevných discích, CD-ROM a DVD mediích.

Orientační informace o přístupových dobách, přenosových rychlostech a kapacitách jednotlivých medií.

Zdroj informací: [pdf-dsk], přednášky.

10. GP GPU, CUDA

Historie GPU, co to je CUDA, organizace GPU z pohledu CUDA, architektura Fermi.

Organizace vláken, mřížka, bloky, identifikace vlákna, postup výpočtu - kooperace GPU a CPU.

Zdroj informací: CUDA - úvod a CUDA technologie

11. Paralelní systémy

Proč paralelní systémy. Základní Flynnova klasifikace systémů: SI/MI - SD/MD. Dělení systémů podle organizace paměti: sdílená a distribuovaná paměť. Cache coherent protokoly. Systémy SMP, UMA, NUMA, klastry. Propojovací sítě statické a dynamické. Růst rychlosti - Amdahlův zákon.

Zdroje infromací převzaté: ps1, ps2, ps3.