S y l a b u s

Názov predmetu: ARCHITEKTÚRA POČÍTAČOVÝCH SYSTÉMOV

Ročník: 1. Inžinierske štúdium

Semester: Zimný

Rozsah: 3 - 0

Prednášajúci: Doc. Ing. Ladislav Hudec, CSc.

Ciele predmetu: Získať znalosti architektúr moderných počítačových systémov. Pochopiť princípy prúdového spracovania, architektúry multiprocesorového systémy so spoločnou a distribuovanou pamäťou, mechanizmy koherencie pamäti a cache, architektúry s tokom dát a systolické siete.

Prerekvizity: Znalosti v oblastiach základných architektúr počítačov, programovania a operačných systémov.

Kľúčové slová: vyspelá počítačová architektúra, multiprocesorové systémy, paralelné počítačové systémy.

Obsah:

1. Množina inštrukcií, princípy a príklady. Klasifikácia architektúr inštrukčných množín. Adresovanie pamäti. Typy inštrukcií. Typy a veľkosť operandov. Kódovanie inštrukcií. Postavenie a úloha prekladačov. Demonštračný procesor DLX.

2. Systémy s prúdovým spracovaním. Prekrývanie a prúdovosť. Prúdové spracovanie na úrovni aritmetiky a inštrukcií. Hazardy v prúdovom spracovaní. Klasifikácia dátových hazardov. Opatrenia na zlepšenie prúdového spracovania inštrukcií.

3. Paralelizmy na úrovni spracovania inštrukcií. Odstránenie hazardov metódou dynamického plánovania. Dynamická predpovedná logika. Podpora prekladača na využitie paralelizmov na inštrukčnej úrovni.

4. Systémy s prúdovým spracovaním. Prúdové spracovanie a vektorové počítače. Superprúdové a superskalárne spracovanie. Procesory s nelineárnym prúdovým prostriedkom.

5. Správa pamäti. Hierarchia pamäťového podsystému. Virtuálna pamäť. Stránkovanie a segmentácia. Algoritmy správy.

6. Vyrovnávacia pamäti (cache). Pamäť cache a jej organizácia. Mechanizmy výberu a zápisu. Algoritmy správy. Výkonnosť cache.

7. Modely paralelných počítačov. Multiprocesory a multipočítače. Multivektorové počítače a SIMD počítače. PRAM model. Výpočtový model s tokom dát.

8. Programové a sieťové vlastnosti. Podmienky paralelizmu. Delenie programu a plánovanie.

9. Programové a sieťové vlastnosti. Mechanizmy toku programu.

10. Princípy architektúr so škálovateľným výkonom. Metriky a meranie výkonnosti. Závislosti zvyšovania výkonnosti.

11. Princípy architektúr so škálovateľným výkonom. Prístupy ku škálovateľnosti a jej analýzy.

12. Multiprocesory a multipočítače. Prepojovacie prostriedky v multiprocesore. Modely konzistentnej pamät a synchronizačné mechanizmy.

Odporúčané pomôcky:

Na lepšie pochopenie prúdového spracovania v procesore a činnosti pamäti cache je možné precvičiť túto problematiku na simulátoroch tým, že sa vyriešia zadané úlohy zo simulácie činnosti jednoduchého procesora - simulátor MIPSim (simulátor, návod na používanie), simulácie procesora s prúdovým spracovaním - simulátor WinDLX (simulátor, návod na používanie) a simulátora pamäti cache - simulátor DINERO III. CACHE (simulátor, návod na používanie DINERO, návod na používanie XCACHE).

Poznámky študentov z prednášok.

Prehľadový článok o architektúre vysokovýkonných počítačov:

van der STEEN, A.J., DONGARRA, J.: Overview of High Performance Computers.

Podmienky absolvovania:

Skúška je písomnou formou (test).

Literatúra:

1. CULLER, D.E. et al.: Parallel Computer Architecture. Morgan Kaufmann Publishers, 1999.
2. HWANG, K., XU, Z.: Scalable Parallel Computing: Technology, Architecture, Programming. McGraw-Hill, 1998.
3. PATTERSON,D.A.,HENNESSY,J.L.: Computer architecture: A Quantitative Approach. Third Edition. Morgan Kaufmann Publishers, Inc. 2003.
4. SIMA, D., FOUNTAIN, T., KACSUK, P.: Advanced Computer Architecture: a design space approach. Addison-Wesley 1997.