MIMINF:Architektura komputerów i sieci

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.