MIMINF:Architektura komputerów i sieci

Forma zajęć

wykład (30 godzin)

Opis

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

Sylabus

Autor

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

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, bramka Schmidta.
  • Prawa de Morgana dla bramek - "przepychanie kółeczek".
  • 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.
    • Przykłady układów sekwencyjnych: przerzutniki, rejestry.
  • Technologie wytwarzania układów cyfrowych.
  • Ograniczenia technologiczne: fan-in, fan-out, czas propagacji, margines zakłóceń, rodzaje zależności mocy przełączania od częstotliwoœci przełączania.
  • Prawo Moore'a.
  • Układy wrażliwe na ładunki elektrostatyczne.

• Architektura komputera
  • Model von Neumanna, architektura harwardzka.
  • Jednostka arytmetyczno logiczna.
  • Sterowanie, mikrokod.
  • Reprezentacja danych: kod U2, arytmetyka zmiennopozycyjna IEEE-754, ASCII, EBCDIC, itp.
  • Maszyny little-endian, big-endian, bi-endian.
  • Długość słowa - maszyny 8, 16, 32, 64 bitowe.
    • Co tak naprawdę w informatyce oznaczają przedroski kilo, mega, giga.
  • Mikroprocesor.
    • Cykl rozkazowy, cykl procesora, cykl zegara.
    • Metody zwiększania wydajności: zwiększanie czestotliwości taktowania - problemy z chłodzeniem, przetwarzanie potokowe.
    • Architektura superskalarna, architektura wektorowa.
    • Zależności danych i sterowania przy przetwarzaniu potokowym.
    • Procesory z bardzo długim słowem instrukcji (VLIW).
    • Rejestry, typy instrukcji, tryby adresowania pamięci, przestrzeń adresowa.
    • Architektury CISC i RISC - czy to nadal obowiązuje?
  • Pamięci.
    • 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.
  • Mikroprecesor, cd.
    • Szyny systemowe.
    • System przerwań.
    • Sprzętowe wsparcie dla systemów operacyjnych: segmentacja i stronicowanie,

poziomy pracy/ochrony, instrukcje uprzywilejowane, wyjątki, wywoływanie usług systemu operacyjnego.

• • • Adresowanie urządzeń wejścia/wyjścia, przerwania sprzętowe, transmisja procesorowa PIO, DMA.
    • Sterowniki urządzeń.
  • Pamięci masowe.
    • Dyski magnetyczne, optyczne, magneto-optyczne, dyskietki, roboty taœmowe, pamięci flash.
    • Macierze RAID, Storage Area Network.
    • Interfejsy: SCSI, ATA, SATA.
  • Interfejsy szeregowe: RS-232, USB, FireWire, iLink, IEEE-1394, Fibre Channel, Blutooth, DVI, HDMI (do wyboru w zależności od pozostałego czasu).
    • Inne urządzenia peryferyjne: monitory, modemy, itp. (do wyboru w zależności od pozostałego czasu).
• Sieci komputerowe
  • Sieci lokalne i rozległe.
    • Model warstwowy - teoria i praktyka.
    • Model warstwowy Internetu.
    • Struktura Internetu: sieci fizyczne, rutery, systemy autonomiczne, sieci prywatne.
    • Organizacje zajmujące się standaryzacją, dokumenty RFC.
  • Warstwa fizyczna.
    • Transmisja przewodowa i bezprzewodowa.
    • Charakterystyki różnych mediów: światłowód wielomodowy i jednomodowy, kabel koncentryczny, skrętka, fale radiowe.
    • Podstawy Ethernetu, xDSL, Wi-Fi, SDH/SONET.
  • 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.
  • Przegląd podstawowych usług sieciowych i programów (linuksowych): telnet, ssh, ftp, scp, http(s), snmp, pop3, dns (dig), icmp (ping, traceroute), ifconfig.

Literatura

• D.E. Comer, Sieci komputerowe i intersieci, WNT 2003.
• W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego, WNT 2004.