460-2034/01 – Architektury počítačů a paralelních systémů (APPS)

Garantující katedraKatedra informatikyKredity6
Garant předmětuIng. Petr Olivka, Ph.D.Garant verze předmětuprof. Ing. Lačezar Ličev, CSc., prof.h.c.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrzimní
Odkaz na webJazyk výukyčeština
Rok zavedení2011/2012Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
HEN0014 Ing. Jakub Hendrych
KUN0009 Ing. Radim Kunčický
LIC10 prof. Ing. Lačezar Ličev, CSc., prof.h.c.
OLI10 Ing. Petr Olivka, Ph.D.
SEI01 Ing. David Seidl, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 10+10

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní přehled o HW systémech počítačů. Některé systémy jsou demonstrovány na osobních počítačích (dostupná architektura). Absolvováním kurzu získají studenti znalosti o základních komponentách počítače a pochopí obecné principy jejich fungování. Během praktické části kurzu si studenti osvojí schopnost vyvíjet aplikace pro mikropočítače, víceprocesorové osobní počítače a programování GPU.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

Předmět architektury počítačů a paralelních systémů nepředpokládá speciální předchozí znalosti, předpokládají se základní znalosti z oblasti elektrotechniky a číslicových obvodů. V předmětu se posluchače seznámí s technologiemi vyráběních číslicových obvodů. Dále jsou poskytnuty základní informace o způsobu provádění komunikace s periferním zařízením. Je věnována i pozornost mikroprocesorové technice, zejména procesorům firmy Intel, Atmel a PIC. Posluchače se seznámí s principy činnosti pamětí, sběrnic, rozhraním a grafických adaptérů. Dále se studenti seznámí v přiměřeném rozsahu i s architektur paralelních systému a moderních architektur počítačů.

Povinná literatura:

Ličev L.: Architektury počítačů, 2010, Elektronický sborník přednášek k předmětu Architektury počítačů. Olivka P.: Studijní materiály v elektronické verzi pro předmět APPS (česky), http://poli.cs.vsb.cz/edu/apps/osnova.html Patterson, D.: The Top 10 Innovations in the New NVIDIA Fermi Architecture, and the Top 3 Next Challenges. 2009. Brodtkorb, A., Dyken, D., Hagen, T., Hjelmervik, J. and Storaasli, O.: State-of-the-art in heterogeneous computing. 2010. Brookwood, N.: NVIDIA Solves the GPU Computing Puzzle. 2009. Glaskowsky, P.: NVIDIA’s Fermi: The First Complete GPU Computing Architecture. 2009. Halfhill, T.: Looking Beyond Graphics. 2009. Valášek: Monolitické mikroprocesory a mikropočítače, SNTL, Praha 1989. Ličev L.: Architektura počítačů I, skriptum FEI VŠB TUO, 1999. Ličev L.: Architektura počítačů II, skriptum FEI VŠB TUO, 1999. Ličev L., Morkes D.: Procesory - architektura, funkce, použití, Computer press Praha, 1999. Hrbáček J.: Mikrořadiče PIC 16CXX, BEN - Technická literatura, 1998, Praha.

Doporučená literatura:

Valášek: Monolitické mikroprocesory a mikropočítače, SNTL, Praha 1989. Ličev L.: Architektura počítačů I, skriptum FEI VŠB TUO, 1999. Ličev L.: Architektura počítačů II, skriptum FEI VŠB TUO, 1999. Ličev L., Morkes D.: Procesory - architektura, funkce, použití, Computer press Praha, 1999. Ličev L.: Architektury počítačů, 2010, Elektronický sborník přednášek k předmětu Architektury počítačů. Hrbáček J.: Mikrořadiče PIC 16CXX, BEN - Technická literatura, 1998, Praha. Patterson, D.: The Top 10 Innovations in the New NVIDIA Fermi Architecture,and the Top 3 Next Challenges. 2009. Brodtkorb, A., Dyken, D., Hagen, T., Hjelmervik, J. and Storaasli, O.: State-of-the-art in heterogeneous computing. 2010. Brookwood, N.: NVIDIA Solves the GPU Computing Puzzle. 2009. Glaskowsky, P.: NVIDIA’s Fermi: The First Complete GPU Computing Architecture. 2009. Halfhill, T.: Looking Beyond Graphics. 2009.

Způsob průběžné kontroly znalostí během semestru

Během semestru studenti získávají body za úkoly ve cvičení.

E-learning

Další požadavky na studenta

Programování v jazyce C.

Minimální znalostní požadavky

Prerekvizity

Kód předmětuZkratkaNázevPovinnost
460-2002 ZP Základy programování Doporučená

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1. Technologie výroby číslicových obvodů. Architektura počítače dle von Neumanna, harvardská, základní vlastnosti a principy činnosti. 2. Strojová instrukce, adresování, adresní prostory. Měření výkonu počítačů. 3. Principy komunikace s perifériemi, V/V brány, programové řízení, přerušení, řešení priorit. Činnost DMA kanálu a kanálu (SCSI), rozdíly v činnosti. 4. Procesory CISC a RISC, základní rysy a podněty pro vznik, zřetězení, predikce skoků, hazardy, základní zástupci RISC. 5. Procesory Intel, vývojová řada, základní rysy a vnitřní architektura. 6. Procesory jiných firem, jejich vlastnosti a oblasti použití. 7. Monolitické počítače, požadavky na konstrukci, vlastnosti a použití, typické integrované periférie. Mikrokontrolery firmy Microchip a Atmel. 8. Organizace pamětí v počítačích, paměťová hierarchie. Vnitřní paměti statické, dynamické, organizace virtuální paměti. Paměti vnější - magnetické, optické, magneto-optické. Rozhraní IDE PATA/SATA. 9. Sběrnice, rozdělení signálů na adresní, datové a řídící. Cyklus sběrnice. Základní vlastnosti PCI, AGP a PCI Express technologie. USB. 10. Videoadaptéry a zobrazovací jednotky. Princip činnosti zobrazovací jednotky a tvorby obrazu. 11. Moderní trendy architektur počítačů. Architektury paralelních systémů a počítačů. 12. Pokročilé architektury počítačů GPU – CUDA. Historie výpočtů na grafických akcelerátorech 13. Paralelní architektury grafických procesorů (CUDA - Architektura Fermi). 14. Super počítače a počítačové clustery a High Performance Computing. Laboratorní cvičení: 1. Bezpečnostní školení, seznámení s vývojovým Kitem a programovacím prostředím, programování jednoduché aplikace. 2. Princip pulzně šířkové modulace, ovládání LED, jednoduchá animace. 3. Pulzně šířková modulace,paralelní ovládání LED, skládání RGB barev, ovládání pomocí tlačítek. 4. Ovládání LCD grafického displeje, skládání barev, zpracování bitmapového fontu. 5. Ovládání LCD, zobrazení grafických i textových informací, jednoduchá aplikace ovládaná tlačítky. 6. I2C sběrnice, ovládání expandéru a LED. 7. I2C sběrnice, ovládání FM rádiového modulu, zobrazení RDS informací. 8. Opakování témat programování mikropočítače. 9. Vytváření vláken, rozložení algoritmu do více vláken. 10. Programování základních algoritmů s využitím vláken, porovnání časové složitosti sekvenční a paralelní implementace. 11. Technologie CUDA, základní koncepce programu, programování aplikace využívající vektory a matice. 12. Technologie CUDA, zpracování digitálních obrázků, programování základních transformací. 13. Technologie CUDA, vytváření jednoduchý animací. 14. Opakování technologie CUDA a paralelního počítání. Projekt: Projekt je tvořen samostatnou prací studentů mezi jednotlivými laboratorními úlohami.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2012/2013 zimní semestr, platnost do: 2016/2017 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 45 (45) 23
                mikropočítač Jiný typ úlohy 21  11
                Paralel. systemy Jiný typ úlohy 24  12
        Zkouška Zkouška 55  28
Rozsah povinné účasti: Povinnost účasti na cvičení koresponduje s požadavkem získání minimálního počtu bodů pro uznání zápočtu.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramOborSpec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B3973) Automobilové elektronické systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (1103R031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (2601R013) Telekomunikační technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2647) Informační a komunikační technologie (2612R059) Mobilní technologie K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
V - ECTS - bc. 2014/2015 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok
V - ECTS - bc. 2013/2014 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok
V - ECTS - bc. 2012/2013 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok
V - ECTS - bc. 2011/2012 prezenční čeština volitelný odborný 401 - Studijní oddělení FEI stu. blok