Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Számítógép-architektúrák

    A tantárgy angol neve: Computer Architectures

    Adatlap utolsó módosítása: 2017. január 9.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Mérnök informatikus szak, BSc képzés
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHIAA00 2 3/1/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Horváth Gábor, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.hit.bme.hu/~ghorvath/szgarch
    4. A tantárgy előadója
    Név:
    Beosztás:
    Tanszék, Int.:
    Dr. Horváth Gábor
    egyetemi docens
    Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

    Az előadó eléréséhez szükséges adatok a tanszék honlapján megtalálhatók:

    https://www.hit.bme.hu/portal/args/munkatarsak/oktatok_kutatok

     

     

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    (TárgyTeljesítve("BMEVIMIAA01")
    VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIMIAA02")
    VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIMIA111") )

    ÉS NEM (TárgyEredmény("BMEVIHIA210", "jegy", _) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIHIA210", "felvétel", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIHIAA02", "jegy", _) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIHIAA02", "felvétel", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIHIAA02" , "aláírás" , _ ) = -1)


    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    -
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célja, hogy a hallgatók megismerjék legfőbb munkaeszközüknek, a számítógépeknek a felépítését, működését, tulajdonságait. A hardver jellegzetességeinek ismerete hozzájárul ahhoz, hogy a hallgatók képesek legyenek hatékony, a számítógép erőforrásait a lehető legjobban kihasználó szoftver fejlesztésére.

    8. A tantárgy részletes tematikája Az előadások anyaga:

    Bevezető jellegű ismeretek (2 ea.). Információfeldolgozási modellek megismerése. Vezérlésáramlásos architektúrák: Neumann architektúra, Harvard architektúra, módosított Harvard architektúra. Utasításkészletek jellemzői, CISC-RISC stratégiák.

    Perifériakezelés (3 ea.). Dedikált I/O utasítások, és memóriára leképzett perifériakezelés. Forgalomszabályozás. Perifériák jelzéseinek feldolgozása: polling, interrupt, interrupt többprocesszoros környezetben, interrupt moderáció. A processzor tehermentesítése: DMA, I/O processzor. Összeköttetések: busz, pont-pont, soros, párhuzamos, időzítés, arbitráció. Egy-, több-buszos, ill. híd alapú rendszerek. PCI, PCI Express és USB csatolófelületek.

    Háttértárolók (2 ea.). Merevlemezek működése: fizikai háttér, szektor fogalma és részei, zóna rendszerű adattárolás, sávazonosítás és követés. Az adatátviteli parancsok kiszolgálási idejének főbb összetevői. Parancsok sorbaállítása és soron kívüli ütemezése. SSD háttértárak működése: fizikai háttér, az öregedés oka és jelentősége. Lapok, blokkok fogalma és szerepe. Az írás/olvasás megvalósítása és mellékhatásai. Az SSD vezérlő feladatai.

    Memória (4 ea). Szinkron DRAM alapú memóriarendszerek: memóriavezérlő, modul, rank, bank fogalma és működése. DRAM parancsok és azok időzítése, parancsok sorok kívüli végrehajtása. Virtuális tárkezelés: címfordítás, TLB, laptábla implementációk, egyszintű, hierarchikus, és inverz laptáblák. Címtér szeparáció. Cache memória: lokalitási elvek szerepe, cache szervezés, cache szervezés és a virtuális tárkezelés viszonya. Cache tartalom menedzsment: cache szemetelés megelőzése, idő előtti betöltés, blokk csere algoritmusok. Lokalitástudatos programozási technikák.

    Processzor (5 ea). Pipeline utasításfeldolgozás. Egymásrahatások fogalma és kezelése. Egyszerű 5 fokozatú pipeline implementációja. Kivételek, megszakítások kezelése, pontos kivételkezelés. Eltérő késleltetésű aritmetikai műveletek kezelése. Dinamikus ütemezés (soron kívüli utasítás-végrehajtás). A precedenciagráf fogalma, és az adatfolyam-elvű utasításütemezés. Az utasítástároló, a regiszter-átnevezés és a sorrendvisszaállító buffer szerepe és megvalósítása. A Tomasulo algoritmus. A pipeline szélesítése: szuperskalár, VLIW és EPIC architektúrák. Elágazásbecslés: jelentősége, ugrási feltétel kimenetelének becslése, ugrási cím becslése. Elágazásbecslés-tudatos programozás. Védelem: védelmi szintek fogalma és szerepe, tárvédelem.

    Párhuzamos feldolgozás (4 ea.). Adatpárhuzamosság: vektorprocesszorok, SIMD utasításkészlet kiegészítések, tömbprocesszorok. Multiprocesszoros rendszerek: explicit párhuzamosság fogalma, több szálat kezelő processzorok, multiprocesszoros rendszerek osztályozása, összeköttetés hálózatok. Osztott tárkezelés: cache koherencia protokollok, memória konzisztencia problémák és megoldások. Szinkronizáció: kölcsönös kizárás, barrier fogalma, tranzakcionális memória.
    A gyakorlatok az előadáson megszerzett ismereteket mélyítik el numerikus példák segítségével.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás heti 2 órában, kéthetente heti kétszer 2 órában
    Kéthetente egy 2 órás gyakorlat

    A tárgy sikeres teljesítése folyamatos tanulást igényel. Ennek keretében az előadások követéséhez szükséges az előző előadásanyag átismétlése, továbbá a gyakorlatokra a feladatmegoldások hatékony begyakorlásához a kapcsolódó előadásanyagokból felkészülés.  

    10. Követelmények a.) A szorgalmi időszakban: Az aláírás feltétele a két zárthelyi dolgozat sikeres teljesítése
    b.) A vizsgaidőszakban: A tárgy teljesítéséhez a vizsga sikeres teljesítése szükséges
    c.) Elővizsga: A félévközi zárthelyik során kiemelkedő teljesítményt nyújtó hallgatók egyszerűsített elővizsgát tehetnek

    11. Pótlási lehetőségek A félév során az arra kijelölt időpontokban, valamint a pótlási héten pót zárthelyi írására van lehetőség. Az aláírás csak akkor szerezhető meg, ha a hallgató az egyik zárthelyi dolgozat esetében nem vesz igénybe pótlást.
    12. Konzultációs lehetőségek Az előadóval, illetve gyakorlatvezetővel előre egyeztetett időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
    • A tárgy előadója által készített, a tárgy honlapjáról elérhető elektronikus jegyzet
    • David A. Patterson, John L. Hennessy. Computer Organization and Design, Morgan Kaufmann Publishers, 2011.
    • Jean-Loup Baer. Microprocessor Architecture, Cambridge University Press, 2010.
    • Bruce Jacob, Spencer W. Ng, Samuel Rodriguez. Memory Systems, Morgan Kaufmann Publishers, 2008.
    • William Stallings. Computer Organization and Architecture, 2012.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra18
    Felkészülés zárthelyire38
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés38
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név:
    Beosztás:
    Tanszék, Int.:
    Dr. Horváth Gábor
    egyetemi docens
    Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
    IMSc tematika és módszer Az emelt szintű ismeretek elsajátítását emelt szintű gyakorlatok és emelt szintű előadások segítik.
    Az emelt szintű gyakorlatokon a gyorsabb haladás több, összetettebb feladatok megoldásátra lesz lehetőség teszi lehetővé.
    A félév során 6 emelt szintű előadás lesz, a tárgy órarendi óráin felül. Az emelt szintű előadások a tematika néhány fontosabb témakörét járják körül az alapszintnél részletesebben, mélyebben. Ezeken az előadásokon a részvétel nem kötelező, az ott elhangzott tananyag az előadó által megjelölt irodalom alapján önállóan is elsajátítható. Az emelt szintű előadásokon való részvétel a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.

    IMSc pontozás A tárgyból 25 IMSc pont szerezhető.
    Sikeresen megoldott többletfeladatokkal mindkét nagyzárthelyin 7 pont, a vizsgán pedig 11 pont szerezhető. IMSc pontot az szerezhet, aki a számonkéréseken a kitűzött normál feladatok megoldásával a jeles szintet (85%) eléri.
    Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.