MIMINF:Architektura komputerów i sieci

From Studia Informatyczne

Spis treści

Forma zajęć

wykład (30 godzin)

Opis

Architektura, budowa i zasady działania współczesnych komputerów i sieci komputerowych.

Sylabus

Autor

  • Marcin Peczarski — Uniwersytet Warszawski, Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki, Instytut Informatyki

Wymagania wstępne

  • Wstęp do programowania

Zawartość

  • Podstawy techniki cyfrowej
    • Logika dwuwartościowa, poziomy logiczne, logika dodatnia, logika ujemna
    • Podstawowe bramki logiczne: AND, OR, NOT, NAND, NOR, EX-OR, EX-NOR
    • Pomocnicze układy cyfrowe: bramka transmisyjna, bufor trójstanowy
    • Prawa de Morgana dla bramek
    • Układy kombinacyjne
      • Twierdzenie, że każdy układ kombinacyjny można zbudować tylko z bramek NAND lub tylko z bramek NOR
      • Przykłady układów kombinacyjnych: sumator, multiplekser, demultiplekser.
    • Układy sekwencyjne
      • Układy asynchroniczne i synchroniczne
      • Przykłady układów sekwencyjnych: przerzutniki, rejestry
    • Technologie wytwarzania układów cyfrowych
    • Ograniczenia technologiczne: fan-in, fan-out, czas propagacji, margines zakłóceń, rodzaje zależności mocy przełączania od częstotliwości przełączania
    • Prawo Moore'a
    • Układy wrażliwe na ładunki elektrostatyczne
  • Architektura komputera
    • Model von Neumanna, architektury typu Harward i Princeton
    • Architektury wieloprocesorowe
    • Reprezentacja danych: kodowanie liczb całkowitych (U2, U1, moduł-znak itd.), arytmetyka zmiennopozycyjna IEEE-754, ASCII, EBCDIC, UTF-8 itp.
    • Porządek bajtów: maszyny little-endian, big-endian, bi-endian
    • Co tak naprawdę w informatyce oznaczają przedroski kilo, mega, giga?
  • Mikroprocesor
    • Długość słowa
    • Rejestry
    • Lista instrukcji
    • Tryby adresowania argumentów
    • Cykl rozkazowy, cykl procesora, cykl zegara
    • Metody zwiększania wydajności
      • Zwiększanie częstotliwości taktowania - problemy z chłodzeniem
      • Przetwarzanie potokowe - rozwiązywanie problemów zależności danych i sterowania
      • Zrównoleglanie wykonania: architektury superskalarna, wektorowa i procesory z bardzo długim słowem instrukcji
    • Architektury CISC i RISC - czy to nadal obowiązuje?
    • System przerwań
    • Sprzętowe wsparcie dla systemów operacyjnych: segmentacja i stronicowanie, poziomy ochrony, instrukcje uprzywilejowane, wyjątki, wywoływanie usług systemu operacyjnego
    • Adresowanie urządzeń wejścia-wyjścia, przerwania sprzętowe, transmisja procesorowa PIO, DMA
  • Pamięci
    • Hierarchia pamięci
    • Pamięci półprzewodnikowe
      • Pamięci nieulotne: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FLASH
      • Pamięci o dostępie swobodnym RAM: statyczne SRAM, dynamiczne DRAM, dynamiczne asynchroniczne np. EDO-RAM, dynamiczne synchroniczne SDRAM, DDR-RAM, Rambus
      • Pamięci podręczne: skojarzeniowość, algorytmy pracy, problem zgodności pamięci podręcznych w systemach wieloprocesorowych
    • Pamięci masowe
      • Dyski magnetyczne, optyczne, magneto-optyczne, dyskietki, roboty taśmowe
      • Macierze RAID, Storage Area Network
      • Interfejsy: SCSI, iSCSI, Serial SCSI, ATA, SATA
  • Magistrale i interfejsy
    • Magistrala systemowa, PCI
    • Interfejsy szeregowe: RS-232, USB, FireWire, iLink, IEEE-1394, Fibre Channel, Blutooth, DVI, HDMI (do wyboru w zależności od pozostałego czasu)
  • Przykłady architektur
    • x86, IA-32, x86-64, IA-64 itp.
    • Cray X1E lub inny typowy RISC
    • Procesory do zastosowań specjalnych: graficzne, sygnałowe, mikrokontrolery
  • Sieci komputerowe
    • Sieci lokalne i rozległe
      • Model warstwowy - teoria i praktyka
      • Model warstwowy Internetu
      • Struktura Internetu: sieci fizyczne, systemy autonomiczne, sieci prywatne
    • Organizacje zajmujące się standaryzacją, dokumenty RFC
    • Warstwy fizyczna i łącza
      • Transmisja przewodowa i bezprzewodowa
      • Charakterystyki różnych mediów: światłowód wielomodowy i jednomodowy, kabel koncentryczny, skrętka, fale radiowe
      • Ethernet
      • Podstawowe informacje nt. xDSL, WiFi, WiMAX, SDH/SONET
    • Warstwy sieciowa i transportowa
      • Adresy IP, maska podsieci, adresowanie klasowe i bezklasowe
      • Podstawowe usługi dostarczania danych w intersieciach: zawodne pakietowe IP i UDP, niezawodna strumieniowa TCP
      • Przyszłość IP - IPv6
    • Warstwy wyższe
      • Przegląd podstawowych usług sieciowych i programów (linuksowych): telnet, ssh, ftp, scp, http(s), snmp, pop3, dns (dig), icmp (ping, traceroute), ifconfig

Literatura

  1. D.E. Comer, Sieci komputerowe i intersieci, 3. WNT 2003.
  2. D.E. Comer, D.L. Stevens, Sieci komputerowe TCP/IP, WNT 1998.
  3. Ch.E. Spurgeon, Ethernet - podręcznik administratora, Wydawnictwo RM 2000.
  4. W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego, WNT 2004.