Архитектура ЭВМ

Программа курса

Введение

  • Принципы управления сложностью.
  • Цифровые абстракции.
  • Системы счисления.
  • Напряжения и логические уровни.
  • Вентили на КМОП транзисторах.

Комбинаторная логика

  • Булевы уравнения и булева алгебра.
  • Карты Карно.
  • Базовые комбинационные блоки: мультиплексоры и дешифраторы.

Последовательная логика

  • Защелки и триггеры.
  • Синхронные логические схемы.
  • Конечные автоматы.
  • Синхронизация последовательных схем.
  • Параллелизм.
  • Временные характеристики схем.

Языки описания аппаратуры

  • Структура описания аппаратуры на примере Verilog и VHDL.
  • Структурное моедлирование.
  • Описание комбинационной и последовательной логики.
  • Симуляция и тестирование.

Цифровые функциональные узлы

  • Арифметические схемы: сумматоры, компараторы, АЛУ, узлы сдвига и циклического сдвига, делители.
  • Счетчики.
  • Регистры.
  • Сканирующие цепочки.
  • Матрицы памяти.
  • FPGA.

Системы команд процессора

  • Инструкции.
  • Кодирование и декодирование.
  • RISC
  • CISC
  • Примеры RISC и CISC (x86, MIPS)
  • Порядок байт.
  • Способы адресации.

Микроархитектура, часть 1

  • Классы микрокоманд.
  • Подходы к измерению производительности.
  • Одноактный процессор и устройство управления.
  • Многотактный процессор.
  • Выборка и декодирование команд из памяти.
  • Конвейер.
  • Конвейерное устройство управления и конфликты управления.
  • Поддержка исключений.

Микроархитектура, часть 2

  • Оптимизация исполнения.
  • Суперскалярный процессор.
  • Векторные инструкции.
  • Поддержка многопоточности.
  • Симметричные и ассиметричные мультиплексоры.

Специальные процессоры

  • GPU
  • DSP

Организация памяти

  • Иерархия устройств памяти.
  • Производительность памяти.
  • Кэширование.
  • MESI.
  • MMU.
  • Виртуальная память.
  • Трансляция адресов.
  • Paging.

Ввод/вывод

  • MMIO.
  • GPIO.
  • Последовательные интерфейсы: UART, SPI, I2C
  • Согласование сигналов на физическом уровне.
  • Таймеры.
  • Прерывания.
  • Аналоговый ввод/вывод.
  • ШИМ.
  • Отладочные интерфейсы.

Шины, протоколы, интерфейсы

  • Обзор.
  • Интерфейсы и шины памяти.
  • Быстрая и медленная периферия.
  • Интерфейсы переферийных устройств: PCI, (S)ATA SCSI/SAS, AGP, USB.