ÚVOD / Studijní obory / Sylaby / Architektura počítačů

Architektura počítačů

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními znalostmi z oblasti architektury počítačů. Jedná se především o teoretický základ k pochopení struktury počítače, technického vybavení a fungování osobních počítačů.

Sylabus předmětu

  1. Úvod do architektury počítačových systémů - Výklad pojmu architektura počítačů, vznik a vývoj počítačů, Von Neumannova architektura počítače, harvardská architektura, generace počítačů, současné rozdělení počítačového trhu. Kvantitativní principy návrhu počítačů. Hodnocení výkonnosti a propustnosti počítačů, metody měření výkonnosti – MIPS, MFLOPS, monitorování výkonnosti počítačů, časová složitost a výkonnost, časová složitost a propustnost, Amdahlův zákon, CPU výkonnostní rovnice, zkušební úlohy – benchmarks.
  2. Základní deska - Co je a k čemu slouží motherboard (MB); umístění základní desky uvnitř case a popis jednotlivých částí desky; základní parametry MB (pro jaký typ procesoru je MB určen, čipová sada MB); BIOS základní desky; záložní baterie; řízení spotřeby ACPI; napájení a chlazení jednotlivých částí desky.
  3. Mikroprocesor - vlastnosti; patice; mikroarchitektura; soubor instrukcí pro procesor a jeho klasifikace; historické typy; starší typy; současné mikroprocesory; SMP a vícejádrové architektury, moderní trendy v ISA (Instruction Set Architecture); procesory s redukovaným souborem instrukcí RISC. Architektura CISC. Proudově pracující datové cesty a řadiče, proudové zpracování instrukcí u jednoduchého RISC procesoru.
  4. Komunikace mikroprocesoru s okolím - Co je a k čemu slouží sběrnice (systémové sběrnice, chipset, periferní sběrnice, přetaktování); rozhraní PC / interface; spolupráce mikroprocesoru se sběrnicí (přerušení, DMA).
  5. Paměti - K čemu slouží a co obsahuje systémová paměť RAM; vztah mezi pamětí a procesorem; paměťová hierarchie; základní rozdělení pamětí dle funkčnosti a použité technologie a jejich omezení; rychlost paměti a doba přístupu; kapacita operační paměti; pracovní postupy pamětí (stránkovaná paměť, prokládaná paměť, ukládání do mezipaměti); virtuální paměť; základní typy paměťových modulů; parita a ECC; CAS Latency - popis; napájení a chlazení paměťových modulů.
  6. Pevný disk - Úloha pevného disku v počítači; použité technologie při výrobě disku; struktura a schéma pevného disku; konektory na pevném disku; LBA adresování a hraniční hodnota 137GB; srovnání technologií IDE, USB, IEEE1394, SATA, SATA II, SCSI; Nové trendy v pevných discích (SSD); disková pole, stručný popis diskových polí SAN a NAS; základy RAID; integrované a přídavné řadiče RAID; pokročilé operace (Optimized Disk Utilization, Online Capacity Expansion, atd.).
  7. Přenosová a přenosná média - Přehled médií pro přenos dat (kabely, strukturované kabeláže, wifi, WiMAX, ...). Přehled typů přenosných médií; Disketa; CD , přepisovatelné mechaniky CD; CD-R a CD-RW; DVD; BD; USB Flash disky.
  8. Grafické adaptéry a zobrazovací jednotky - Úloha grafické karty; rozdělení grafických karet dle použité sběrnice; srovnání sběrnic PCI, AGP, |PCI-E; jádro grafického adaptéru; základní blokové schéma jádra grafické karty; parametry jádra, taktovací frekvence jádra; grafická paměť; I/O rozhraní grafického adaptéru; popis grafických rozhraní DirectX a OpenGL; nové generace technologií; zapojení v SLI a Crossfire módu; CRT monitory; LCD zobrazovače; LED monitory; I/O konektory; projektory.
  9. I/O zařízení - Periferní zařízení a systémová architektura. Hlavní paměť. Sdílení datových cest, paměti v periferním subsystému, propustnost a zpoždění. Tiskárny; scanery; CD/DVD/BD mechaniky; FDD mechaniky; kopírovací stroje; zvukové karty; modemy; klávesnice; myš; nestandardní a speciální periferie.

Organizace výuky

Prezenční forma

Výuka probíhá v 6 přednáškách a 6 seminářích po 1,5 hod.

Kombinovaná forma

Výuka probíhá ve 4 tutoriálech po 3 hod.

Doporučená literatura

Základní učební texty a pomůcky

  • Učební texty k předmětu Architektura počítačů (intranetová učební pomůcka), Unicorn College
  • DEMBOWSKI, K.: Mistrovství v hardware, Computer Press, 2009
  • CLEMENTS, A..: Principles of Computer Hardware, Oxford University Press, 2006

Doplňující a rozšiřující učební texty

  • MESSMER, H. P.; DEMBOWSKI, K.: Velká kniha hardware, Computer Press, 2005
  • HORÁK, J.: Hardware – učebnice pro pokročilé, Brno, Computer Press, 2000
  • MEYERS, M.: CompTIA A+ Certification All-in-One Exam Guide, 8th edition, McGraw-Hill Osborne Media, 2012.
  • MURDOCCA M. J., HEURING V. P.: Computer Architecture and Organization: An Integrated Approach. Wiley, 2007