456-0322/01 – Advanced Architectures of Computers (PAP)

Gurantor departmentDepartment of Computer ScienceCredits6
Subject guarantorprof. Ing. Karel Vlček, CSc.Subject version guarantorprof. Ing. Karel Vlček, CSc.
Study levelundergraduate or graduateRequirementChoice-compulsory
Year2Semesterwinter
Study languageCzech
Year of introduction2003/2004Year of cancellation2009/2010
Intended for the facultiesFEIIntended for study typesFollow-up Master
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
MIL051 Ing. Martin Milata
VLC25 prof. Ing. Karel Vlček, CSc.
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 3+2
Combined Credit and Examination 8+2

Subject aims expressed by acquired skills and competences

State of the art in microprocessor architecture, and consequence architectures of computers, obtaining of view to the practical activities of computers, and continuity with computer architectures. The frequentant yields an overview in present, and future processor architectures for computers used in the both general as well as special applications, Practical computations of the effectivity of processing are supported by circuit model simulations.

Teaching methods

Lectures
Tutorials
Project work

Summary

The university courses "Advanced Architectures of Computers" brings an overview of architectures of universal processors and techniques of instruction processing applied in last ten years with perspective to near future in the first part of lectures. Development of computer architectures streams namely to processors with large memories on the chip, which are used for saving processed program on one hand, and for saving larger amount of data to the short length from execution processing unit. As a part of new trends, vector processors are introduced, which we can see in the supercomputers. Development of their architectures will make changes of the next chips of computers. Graphic processors, which are discussed in the second part of lectures, represent most frequently used class of specialised processors in actual moment. Structure of specialised processors is derived from algorithms of solved problems, and it is effectively implemented as dedicated circuitry. Explanation follows the development of graphic accelerators to the second generation of graphic processors, and riches the advanced architectures of raster graphic. The third part of the course lectures is oriented to the starting class of the multimedia processors, the complexity and functional possibilities of which are limited by technologic bounds of implementation still; on the other hand they are implemented as multi-chip solution in this moment. Very high demands for the number of executed instructions of type calculation of convolution multiplication are repeated with high occurrence, which is necessary due to sampling frequency of multimedia signal. Substantial part of the third chapter is devoted to compression and error-control coding as well as cosine and wavelet transformation and to other methods applied in multimedia data processing.

Compulsory literature:

Kung, S.Y., Whitehouse, H. J., Kailath, T.: VLSI and Modern Signal Processing, Prentice-Hall (1985), ISBN 0-13-942699-X Hlavička, J.: Computer Architecture, Skriptum FEL ČVUT Praha (1997), Jan, J.: Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů, Edice Učebnice - sv. 2, VUT Brno (1997), ISBN 80-214-0816-2

Recommended literature:

Hennessy, J., Patterson, D.: Computer architecture Morgan Kaufmann Publishers (2003), ISBN 1-55860-596-7

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

Průběžná kontrola studia: Zpracování semestrálního projektu

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerequisities

Subject has no prerequisities.

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

Přednášky: Architektura univerzálních mikroprocesorů Zřetězené zpracování, skalární procesory Superskalární procesory Procesory s velmi dlouhým instrukčním slovem (VLIW) Vektorové procesory Procesory s podporou vláken Multiskalární procesory Počítačová grafika Grafické akcelerátory Hluboce zřetězené grafické akcelerátory Vyspělá architektura rastrové grafiky Kódování multimediálních dat Standardy pro obraz a zvuk Multimediální procesory Exkurse na pracoviště televizního studia Nezřetězené zpracování, zřetězené zpracování, uspořádání procesoru, doba provedení operace, redukce počtu taktů procesoru, linky pro zřetězené zpracování instrukcí. Časové diagramy, konflikty na sběrnicích, typická implementace procesorů RISC, aritmetická adresová jednotka, okénko zpoždění, zpožděné skoky. Charakteristika superskalárního procesoru, řízení datových závislostí, rezervační stanice se společnou sběrnicí, spekulativní zpracování instrukcí, predikce skoků. Plánování instrukcí kompilací, konverze podmíněných skoků pomocí predikce, cyklické plánování, spekulativní načítání, generování kódu VLIW. Zpracování vektorových instrukcí, popis vektorových operací, doba provádění, hodnocení výkonnosti, organizace konvojů pro smyčky, práce s vektory. Počet aktivních vláken, přepínání kontextu, účinnost procesoru, cena implementace, víceúrovňový paralelismus a superskalární, resp. VLIW koncepce, transputery Zlepšování v oblasti toku instrukcí, toku dat přes registry a toku dat přes paměť, procesory s pamětí stop - multiskalární procesory, výběr stopy podle prediktoru stop Principy 2D grafiky, bitová mapa, body, úsečky a polygony, oblouky, kuželosečky, barevná hloubka, kvalita obrazu, 3D grafika, drátové modely, textury, osvětlení Práce s obrazovými atributy, texty, funkce správy paměti s nástrojem, s ukazatelem, funkce poly-kreslení, organizace obrazové paměti, grafické adaptory Výpočet barev a textur, Gouraudovo stínování, alfa míchání, filtrace textury, technické prostředky pro výpočet barevných atributů (alfa, mlha, zrcadlení a barva), míchání Řetězené a paralelní procesory, distribuovaná a sdílená paměť obrazu, rastrovací metody paralelizovaného obrazu, systolické procesory, kompozice obrazu Kódování zvuku, obrazu a obrazových sekvencí, víceprocesorové systémy SIMD a SIGD, barevné systémy, gama korekce, ortogonální vzorkování, systém HDTV Standardní a robustní kvantování, predikční kódování, DPCM, ztrátové a bezztrátové kódování, JPEG, rámce I, P, a B a vektor pohybu MPEG 2, waveletová transformace Procesory rodiny Mpact x, CyberPro 50xx, multimediální systémy, zpracování videa, audia, kompozitor obrazových vrstev, kompoziční DAC Seznámení s praktickým provozem TV studia, elektronické střižny, transkodérem obrazu a zvuku ze satelitu, odevzdání projektů, zápočet Cvičení: Cvičení navazuje na přednášky. Laboratoře: Cvičení navazuje na přednášky. Projekty: Vytvoření metodiky pro hodnocení kvality na příkladu případové studie architektur počítačů. Simulační úlohy klíčových částí projektu.

Conditions for subject completion

Combined form (validity from: 2008/2009 Winter semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100  51
        Exercises evaluation Credit  (40)
                projekt Project 40  15
        Examination Examination  (60)
                Zkouška Oral examination 60  15
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2009/2010 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2008/2009 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2007/2008 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2007/2008 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2007/2008 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2006/2007 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology P Czech Ostrava 1 Optional study plan
2006/2007 (N2647) Information and Communication Technology (2612T059) Mobile Technology K Czech Ostrava 1 Optional study plan
2005/2006 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2005/2006 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2004/2005 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2004/2005 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2003/2004 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology P Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan
2003/2004 (N2646) Information Technology (2612T025) Computer Science and Technology K Czech Ostrava 2 Choice-compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner