Architektura komputerów

obowiązkowe

Cele przedmiotu:

- nabycie umiejętności przedstawiania danych w różnych formatach, ich konwersji, poznanie zasad arytmetyki komputerowej w powiązaniu z listą rozkazów procesora.

- zdobycie rozszerzonej wiedzy z zakresu budowy i organizacji komputera i jego poszczególnych elementów, tj. mikroprocesora, układów pamięciowych, układów wejścia-wyjścia.

- nabycie umiejętności klasyfikowania, porównywania i charakteryzowania podstawowych cech wybranej architektury komputera.

- nabycie podstawowych umiejętności programowania mikroprocesorów w języku niskiego poziomu.

Treści programowe (wykład)

W1 – Wprowadzenie - historia i ewolucja komputerów

W2 – Architektura von Neumanna i harwardzka. Elementy komputera

W3 – Jednostka centralna: elementy, cykl rozkazowy, lista rozkazów

W4 – Koprocesor arytmetyczny, format zmiennoprzecinkowy, norma IEEE-P754

W5 – Potokowe przetwarzanie rozkazów

W6 – Superskalarne przetwarzanie rozkazów

W7 – Przetwarzanie równoległe wg klasyfikacji Flynna: superkomputery, wieloprocesorowość, wielordzeniowość, rozszerzenia listy

rozkazów

W8 – Pamięć: hierarchia, asocjacja, pamięć wirtualna, spójność pamięci

W9 – Układy otoczenia procesora: chipset, kontroler pamięci, kontroler DMA, kontroler układów wejścia-wyjścia, mechanizm przerwań

W10 – Przegląd architektur współczesnych komputerów oraz architektur alternatywnych

W11 – Reprezentacja danych w systemach komputerowych. Konwersje formatów

W12-14 – Operacje arytmetyczne w formacie stało- i zmiennopozycyjnym

W15 - Zaliczenie pisemne.

Treści programowe (laboratorium)

L1 – Przedstawienie zasad odbywania zajęć, BHP oraz zasad zaliczenia laboratorium

L2 – Sterowanie liniami wejść/wyjść mikrokontrolera

L3 – Wewnętrzna pamięć danych RAM, tryby adresowania

L4 – Operacje arytmetyczne, stos, podprogramy

L5 – Sterowanie wyświetlaczem 7-segmentowym

L6 – Obsługa programowa klawiatury przeglądanej sekwencyjnie

L7 – Obsługa programowa klawiatury matrycowej

L8 – Sterowanie alfanumerycznym wyświetlaczem LCD

L9 – Układy czasowo-licznikowe

L10 – Zaliczenie zadań programistycznych / wpisy do indeksu

Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności i innych kompetencji

1. Podstawowa wiedza z matematyki i rozszerzona z układów logicznych.

2. Wiedza z podstaw programowania i struktur danych.

3. Umiejętność korzystania ze źródeł literaturowych i zasobów internetowych, w tym w języku angielskim w stopniu wystarczającym do

czytania literatury i specyfikacji technicznych, tzw. „datasheets”.

Narzędzia dydaktyczne

1. Prezentacja multimedialna (wykład).

2. Tablica klasyczna lub interaktywna.

3. Oprogramowanie do wizualizacji wybranych zagadnień.

4. Autorski podręcznik akademicki do ćwiczeń z arytmetyki komputerowej (poz. 2 literatury obowiązkowej) dostępny w bibliotece uczelni i

bibliotece wydziałowej.

5. Systemy mikroprocesorowe DSM-51 z mikroprocesorem MCU- 8051, dokumentacją i podręcznikiem.

6. Komputery PC.

1. Null L., Lobur J.: Struktura organizacyjna i architektura systemów komputerowych. Helion, Gliwice 2004.

2. Gryś S.: Arytmetyka komputerów w praktyce. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2007 (dodruk 2013).

3. Baer J.L.: Microprocessor Architecture. From Simple pipelines to Chip Multiprocessors. Cambridge University Press, New York 2010.

4. Metzger P.: Anatomia PC, wyd. XI. Helion, Gliwice 2007.

5. Komorowski W.: Krótki kurs architektury i organizacji komputerów, Mikom, Warszawa 2004.

6. Patterson D., Hennessy J.: Computer Organisation and Design: The Hardware/Software Interface, Morgan Kaufmann, 2009.

7. Targowski A.: Historia – teraźniejszość – przyszłość informatyki, Politechnika Łódzka, Łódź 2013.

8. Czasopisma branżowe serii IEEE, ACM.

9. Gałka P., Gałka P.: Podstawy programowania mikrokontrolera 8051, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2012.

EK1. Student rozumie zasadę działania komputera jako całości i jego poszczególnych elementów, zna formaty liczb i zasady arytmetyki komputerowej oraz potrafi określić przeznaczenie, funkcjonalność i ograniczenia przykładowej, rzeczywistej architektury na podstawie jej parametrów i specyfikacji technicznej.

EK2. Student wyjaśnia działanie oprogramowania demonstracyjnego oraz samodzielnie projektuje i dokumentuje proste oprogramowanie w języku niskiego poziomu.

F – ocena Formująca, P – ocena Podsumowująca

F1. Aktywność podczas wykładu (dyskusja, rozwiązywanie zadań z arytmetyki komputerowej przy tablicy).

F2. Ocena umiejętności analizy działania przykładowych programów.

P1. Wykład - test pisemny i zaliczenie zadań z arytmetyki komputerowej.

P2. Ocena umiejętności rozwiązywania postawionych zadań projektowych poprzez tworzenie odpowiedniego oprogramowania dla

urządzeń mikroprocesorowych, prezentacji ich działania oraz wyciągania wniosków.