456-0322/01 – Advanced Architectures of Computers (PAP)
Gurantor department | Department of Computer Science | Credits | 6 |
Subject guarantor | prof. Ing. Karel Vlček, CSc. | Subject version guarantor | prof. Ing. Karel Vlček, CSc. |
Study level | undergraduate or graduate | Requirement | Optional |
Year | 1 | Semester | winter |
| | Study language | Czech |
Year of introduction | 2003/2004 | Year of cancellation | 2009/2010 |
Intended for the faculties | FEI | Intended for study types | Follow-up Master |
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:
Recommended literature:
Additional study materials
Way of continuous check of knowledge in the course of semester
Průběžná kontrola studia:
Zpracování semestrálního projektu
E-learning
Other requirements
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
Occurrence in study plans
Occurrence in special blocks
Assessment of instruction