Ishodi učenja predmeta

• analizirati procesor sa stanovišta skupa instrukcija (ISA model procesora) .
• analizirati utjecaj arhitekture računala na performanse računala i na izvođenje korisničkih programa i operacijskih sustava
• objasniti koncept protočnosti i koncept virtualne memorije
• preporučiti računala sa najboljim odnosom performanse/cijena s obzirom na specifične potrebe što uključuje razumijevanje kako pojedine varijante, kao što su više memorije ili viši takt procesora, utječu na izvršavanje programa.
• prilagoditi algoritme i programski kod tako da se izvršavaju efikasnije uzimajući u obzir karakteristike, performanse i interakciju između funkcijskih komponenti računala. Prepoznati i objasniti osnovne instrukcije asemlerskog jezika
• razumjeti arhitekturu računala i princip rada osnovnih komponenti računala i računala kao cjeline
• razumjeti format zapisa podataka i instrukcija u binarnom brojevnom sustavu i objasniti kako format zapisa podataka utječe na točnost aritmetičkih operacija i preciznost prikaza brojeva
• razumjeti ulazno-izlazni podsustav procesora s naglaskom na izravni pristup memoriji (DMA) i prekidni sustav.

Ishodi učenja programa

• razumjeti i primijeniti ključne aspekte informacijske tehnologije (programiranje, algoritmi, strukture podataka, baze podataka i znanjarazumjeti i primijeniti ključne aspekte informacijske tehnologije (programiranje, algoritmi, strukture podataka, baze podataka i znanja
• razumjeti i primijeniti suvremene tehničke koncepte i prakse u informacijskim tehnologijama (arhitektura računala, operacijski sustavi, mreže računala) razumjeti i primijeniti suvremene tehničke koncepte i prakse u informacijskim tehnologijama (arhitektura računala, operacijski sustavi, mreže računala)
• razumjeti stanje i trendove razvoja suvremenih informacijskih i komunikacijskih tehnologija (ICT), razumjeti njihov utjecaj na pojedinca, organizaciju i društvo te procijeniti njihovu primjenjivost u zadanom konteksturazumjeti stanje i trendove razvoja suvremenih informacijskih i komunikacijskih tehnologija (ICT), razumjeti njihov utjecaj na pojedinca, organizaciju i društvo te procijeniti njihovu primjenjivost u zadanom kontekstu

Sadržaj predavanja

• Funkcijski model računalnog sustava
  Uvod, model obrade, Turingov stroj kao apstraktni izvršitelj, definicija i klasifikacija arhitekture računala.
• Von Neumannov model računala
  Funkcijske jedinice, centralna procesna jedinica (CPU): upravljačka jedinica (CU) i aritmetičko-logička jedinica (ALU), memorija, ulazno-izlazna jedinica (IO), faze PRIBAVI i IZVRŠI, instrukcijski ciklus.
• Uloga i svojstvo procesora
  Pojednostavljeni model mikroprocesora, sabirnica i stanje na sabirnici, osnovne komponente standardne arhitekture.
• Osnovne značajke CISC i RISC procesora
  ISA model RISC procesora. Programski model procesora, strojne instrukcije, skup instrukcija, format instrukcija (razlika CISC i RISC pristupa), načini adresiranja, tipovi podataka: cjelobrojni, znakovni i brojevni nizovi, brojevi s pomičnim zarezom, podatkovne strukture značajne u arhitekturi.
• Protočni model RISC procesora
  Procjena ubrzanja rada, Hazardi u protočnoj strukturi i njihovo rješavanje.
• Upravljačka jedinica
  Prijenos upravljanja na instrukcijskoj razini, prijenos upravljanja između dviju programskih struktura, pozivanje i vraćanje iz potprograma, posluživanje prekida, gniježđenje i rekurzivno pozivanje programa, stožna (LIFO) struktura.
• Analiza slučaja za procesor naprednije arhitekture
  Sklopovska i mikroprogramska izvedba CU, koncept protočnosti, protočna upravljačka jedinica.
• Aritmetičko logička jedinica (ALU)
  Poluzbrajalo (HA), potpuno zbrajalo (FA), sklopovi za posmak, izvedba aritmetičkih operacija, izvedba logičkih operacija.
• Standardni pristup oblikovanju ALU
  Sklopovska realizacija jednostavne ALU jedinice.
• Memorijski sustav
  Memorija: sklopovski aspekti (bistabili, memorijske ćelije, SRAM, DRAM, organizacija: 2D, 3D, 2 i 1/2 D, ciklusi čitanja i pisanja, brzina pristupa), programski aspekti (naslovni prostor, kapacitet, adresna zrnatost, poravnanje, uređaj bajtova).
• Memorijska hijerarhija
  Načini ubrzanja: memorija s preklapanjem, priručna memorija (organizacija, način smještanja i zamjene blokova, načini obnavljanja glavne memorije, algoritmi zamjene blokova, problem koherentnosti).
• Virtualna memorija
  Organizacija logičkog i fizičkog adresnog prostora, adresno preslikavanje, straničenje, segmentacija, segmentacija sa straničenjem.
• Ulazno izlazni (IO) sustav računala
  Programirani uvjetni i bezuvjetni IO prijenos, memorijsko preslikavanje i izdvojeno IO preslikavanje.
• Prekidni ulazno-izlazni prijenos
  Organizacija prekida, hijerarhija prekidnih struktura, vektorski prekid.
• Obrada iznimaka
  Organizacija iznimaka, vrste iznimaka.

Sadržaj seminara/vježbi

• Uvodne vježbe
  Opis sadržaja seminara iz arhitektura računalskih sustava. Upoznavanje sa komponentama računala i vježbe sastavljanja stolnih računala.
• Asembler
  Upoznavanje sa naredbama u asemblerskom jeziku. Upoznavanje sa simulatorom procesora Motorola 68000 Easy68K. Primjer disasembliranja i obrnutog inženjeringa za Intelovu platformu x86.
• Turingov stroj
  Upoznavanje sa principima rada Turingovog stroja. Izrada programa za Turingov stroj.
• Digitalna elektronika
  Upoznavanje sa principom rada tranzistora. Upoznavanje sa označavanjem i principima rada osnovnih logičkih vrata, dekodera, multipleksora, zbrajala i bistabila. Pozicioni brojevni sustav. Digitalna aritmetika u određenom modulu. Definicije nepotpunog i potpunog komplementa. Prikaz načina kodiranja negativnih brojeva u računalu.
• Memorijski adresni prostor
  Upoznavanje sa pojmovima: adresna zrnatost, poravnavanje podataka, uređenju memorije manje značajni bajt prvo i više značajni bajt prvo, kapacitet memorije. Rješavanje zadataka u kojima se vide principi izbora memorijskih modula unutar računala, izračun kapaciteta memorijskih modula i određivanje adresnog prostora.
• Stanja u registrima i na sabirnicama računala
  Upoznavanje sa pojednostavljenim modelom 8-bitnog mikroprocesora. Rješavanje zadataka u kojima se za određeni niz instrukcija određuje stanje registara u procesoru i stanja na vanjskim sabirnicama računala u svakom taktu izvođenja.
• Tipovi podataka
  upoznavanje sa pojmovima: Podržani tip podataka, diskretni i nediskretni tip podataka. Upoznavanje sa standardom za zapis brojeva sa pomičnim decimalnim zarezom IEEE Task P754. Konverzija realnih brojeva prema IEEE Task P754 standard.
• Digitalna aritmetika
  Upoznavanje sa načinom određivanja stanja zastavica u statusnom registru procesora. Izvođenje aritmetičkih operacija uz određivanje stanja zastavaica u statusnom registru procesora.
• Stog, potprogram, prekid
  Upoznavanje sa principima rada i realizacije stoga. Rješavanje zadataka u kojima se prezentira princip rada procesora pri pozivanju potprograma i obradi prekida.
• Memorija
  Upoznavanje sa pojmovima: memorijska hijerarhija, organizacije priručne memorije. Određivanje foramta virtualne i fizičke adrese. Rješavanje zadataka vezanih uz algoritme zamjene stranica.

Alati koji se koriste na predmetu

• EASy68K Editor/Assembler/Simulator for the 68000
  EASy68K Editor/Assembler/Simulator je editor i simulator za procesor Motorola 68000. EASy68K je projekt otvorenog koda i distribuira se pod GNU general public use license.
• OllyDbg v1.10
  32-bit Assembler-Level Debugger

Osnovna literatura

• Ribarić, S. Naprednije arhitekture mikroprocesora. Element, Zagreb, 2006.
• Ribarić, S. Arhitekture računala RISC i CSIC. Školska knjiga, Zagreb, 1996.

Dopunska literatura

• Tanenbaum, S. Structured Computer Organization. 5th ed., Upper Saddle River, Prentice-Hall, 2006.
• Hennessy, J.L.; Patterson, D. A. Computer Architecture: A Quantative Approach. 4th ed., Morgan Kaufmann, San Francisco, 2007.

Preduvjeti

• Informatika 1
  Cilj kolegija je ujednačavanje, unapređivanja i sistematizacija temeljnih informatičkih znanja i koncepata kroz poznavanje osnovnih elemenata informacijskog i računalnog sustava. Studenti trebaju prepoznati primjenu i funkciju osnovnih elemenata informacijskog sustava u poslovnom okruženju te razumjeti njihovu povezanost s računalnim sustavom. Isto tako će razumjeti i moći opisati princip rada školskog računala na razini pojedine logičke cjeline te kategorizirati sistemsku i aplikativnu programsku potporu. Na pragmatičkoj razini osigurat će se mogućnost primjene računala u rješavanju poslovnih zadataka.
• Matematika 1
  Cilj predmeta Matematika I je upoznavanje studenata s osnovnim pojmovima diskretne matematike (kao što su matematički modeli, matematička logika te skupovi i relacije) i linearne algebre (matrice, determinante, sustavi linearnih jednadžbi i nejednadžbi) koji su neophodni za prihvaćanje kvantitativnih aspekata znanja u informacijskim i organizacijskim znanostima te priprema studenata za logičko razmišljanje u znanosti i poslovanju. Predmet ima i generičke ciljeve kao što su timski rad, prezentacijske vještine (usmeno i pismeno izražavanje), razumijevanje modela, upotreba literature i razvoj ICT vještina, te posebno strategije rješavanja problemskih zadataka. Nadalje, koncepcija rada omogućava razvoj vještina apstrakcije kod studenata
• Programiranje 1
  Predmet predstavlja temeljne koncepte programiranja, temeljna znanja rada prevodilaca i interpretatora programskih jezika, metode rješavanja programskih problema te osnove objektnog pristupa

Slični predmeti

• Arhitektura računala 1, Fakultet elektrotehnike i računarstva