Архітектура обчислювальних систем

Актуальність дисципліни, практичне застосування

Метою курсу є розуміння особливостей архітектур сучасних обчислювальних систем, зокрема, процесорів, комп’ютерної периферії та їх взаємодії; знання основних тенденцій розвитку та фундаментальні принципи роботи комп’ютерних систем.

Освоєння курсу повинно дозволити: знати архітектури процесорів та обчислювальних систем на базі їх, розуміти як працювати з низькорівневими командами введення/виведення та системою переривань масових процесорів.

Структура дисципліни

Під час вивчення 3-х модулей дисципліни, виконанні 3-х лабораторних робіт та опрацюванню тем для самостійного вивчення студент має отримати достатньо повне розуміння сучасного рівня обчислювальних систем в наступному обсязі.

• 1. В першому блоці йтиметься про поняття: архітектура, структура та схемотехніка ЕОМ, Абстракція функцій ком-п’ютерів, даних, обчислювальної системи. Принципи Фон Неймана (як парадигма сучасних ЕОМ). Наслідки з принципів Фон Неймана для архітектур обчислювальних систем та операційних систем. Вплив основних класів задач на структуру (архітектуру) комп’ютерів. Аналіз обчислювальних систем з радіальною архітектурою. Архітектура із загальною магістраллю.
• 2. У другому блоці йтиметься про зовнішні потоки даних, синхронізація подій, розрядність, слово процесора. Основний цикл процесора. Абстракція команди, цикл обробки команди. Основний регістровий пул універсального процесора. Абстракція команд, асемблери. Адресність команд на прикладах фрагментів коду. Типи команд. Адресацію оперативної пам’яті. Принцип арифметики з фіксованою точкою. Прямий код. Доповнюючий код, його представлення, геометрична інтерпретація, аномалії. Числа з плаваючою точкою: характеристика, нормалізована мантиса. Стандарт IEEE 754. Особливості та аномалії чисел з плаваючою точкою. Конвеєр команд: етапи конвеєризації, оцінка ефективності, типи конфліктів. Методи конвеєризації умовних переходів. Методи мінімізації та усунення конфліктів по даним. Багатотактні команди та обходи структурних конфліктів. Проблема точної фіксації переривання.
• 3. У третьому блоці йтиметься про загальний принцип підключення пристроїв введення/виведення. Рівні абстракцій введення/виведення. Варіанти реалізації введення/виведення. Адресація пристроїв введення/виведення. Рівень програмуємого введення/виведення. Рівень вводу/ви¬воду за перериваннями.Схеми фіксації переривань. Рівень вводу/виводу з прямим доступом до пам’яті/пристроїв. Поняття системної магістралі. Мультимагістральні системи. Розмір ма¬гіс¬тра¬лі. Реалізація сигнальних ліній. Магістралі із асинхронною синхронізацією. Магістралі із синхронною синхронізацією. Методи арбітражу в магістралях.