The goal of the course is to provide information on design and internal organization of computers and CPU on
such a level that the future professionals will not take the computer as a black box that, in a magic way, executes
programs. To do that, it is necessary to understand the computer design principles on the level of functional
components, their behavior and interaction and the influence on the performance of the computer. Understanding
the basic principles is a necessary prerequisite to be able to efficiently use modern programming languages.
Last update: Tajemník Katedry (03.05.2012)
Cílem předmětu je seznámit studenty s návrhem a vnitřní organizací počítače a procesoru na takové úrovni, aby
jako budoucí profesionálové v oboru nevnímali počítač jako černou skříňku, která nějakým blíže neurčeným
způsobem vykonává program. K tomu je nutné si osvojit základní princip uspořádání počítače a procesoru na
úrovni funkčních komponent, jich chování, vzájemné komunikaci a vlivu na výkon počítače. Pochopení základních
principů moderních architektur je základním předpokladem k efektivnímu použití programovacích jazyků při vývoji
počítačových programů.
Literature -
Last update: doc. Ing. Lubomír Bulej, Ph.D. (06.10.2017)
Patterson, D. A., Hennessy, J. L. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. 5th edition, Morgan Kaufmann, 2013. ISBN 978-0124077263
Last update: doc. Ing. Lubomír Bulej, Ph.D. (06.10.2017)
Patterson, D. A., Hennessy, J. L. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. 5th edition, Morgan Kaufmann, 2013. ISBN 978-0124077263
Requirements to the exam - Czech
Last update: doc. Ing. Lubomír Bulej, Ph.D. (24.05.2019)
Zkouška probíhá pouze písemnou formou. Sestává z řady otázek pokrývající témata uvedená v sylabu předmětu.
Požadavky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.
Syllabus -
Last update: doc. Ing. Lubomír Bulej, Ph.D. (24.05.2019)
Introduction to digital systems, logical expressions, boolean functions, gates, combinatorial and sequential circuits, basic building blocks, arithmetic operations.
Computer performance, fundamental metrics and their limitations, comparing performance of computer architectures.
ISA implementation, single-cycle and multi-cycle data path and control, hardwired and microprogrammed controller implementation, exception handling.
Pipelined instruction exection, scalar pipelined data path, hazard detection and handling, branch prediction, exception handling.
Memory subsystem organization, latency and throughput, static and dynamic memory technology, cache organization and mapping.
Parallel processing and multiprocessor systems, Flynn's taxonomy, Amdahl's law, SIMD processing in multimedia, multicore CPUs, GPUs.
Last update: doc. Ing. Lubomír Bulej, Ph.D. (24.05.2019)
Úvod do logických systémů, logické výrazy, booleovské funkce, hradla, kombinační a sekvenční obvody, základní funkční bloky, aritmetické operace.
Výkonnost počítače a procesoru, základní metriky a jejich omezení, porovnávání výkonnosti počítačových architektur.
Implementace architektury počítače, jednocyklová datová cesta a řízení, vícecyklová datová cesta a řízení, obvodová a mikroprogramová implementace řadiče, zpracování výjimek.
Zřetězené zpracování instrukcí, skalární pipeline, hazardy při zřetězeném zpracování instrukcí, forwarding/bypassing, predikce skoků, zpracování výjimek.
Superskalární architektury, statické a dynamické pipelines, zpracování instrukcí mimo pořadí (out-of-order), spekulativní zpracování instrukcí, příklady architektur současných procesorů.
Architektura paměťového subsystému, latence a propustnost, konstrukce statických a dynamických pamětí, princip a uspořádání cache, mapování paměti do cache.
Paralelní zpracování a víceprocesorové systémy, Flynnova taxonomie, Amdahlův zákon, vektorové operace pro multimédia, vícejádrové a grafické procesory.
