Архитектура современных малых и средних ЭВМ

• Лекторы: Гамаюнов Денис Юрьевич, Сыромятников Евгений.

• Спецкурс проходит по понедельникам в 18:00 в аудитории 73. Первая лекция — 15 октября.

• Лицам, не имеющим пропуск на факультет ВМК МГУ, необходимо принести одну матовую фотографию 3×4 и паспортные данные для оформления пропуска.

Аннотация

Спецкурс предназначен для студентов, желающих получить знания и навыки, связанные с архитектурой современных малых и средних ЭВМ. В рамках курса планируется рассмотреть особенности организации различных процессорных архитектур, видов запоминающих устройств, коммуникационных интерфейсов и протоколов, сделать обзор некоторых технологий, используемых в современой вычислительной технике. Основной акцент предполагается сделать на аспектах, связанных с программным взаимодействием с различными компонентами вычислительных систем и управлением ими.

Задачи курса:

• Сформировать представление об основных проблемах, возникающих при разработке современных вычислительных систем и основных путях их решения, приводящих к существующим и существовавшим архитектурным решениям.
• Сформировать необходимые знания о современных архитектурных решениях, применяемых при создании вычислительных систем, используемых технологиях.

По окончании спецкурса слушатель должен будет знать:

• Основные архитектурные особенности распространённых архитектур вычислительных систем.
• Основные техники, применяемые для повышения производительности выполнения инструкций, доступа к памяти, взаимодейтсвия с периферийными устройствами.
• Отличительные особенности распространённых видов запоминающих устройств, периферийных и коммуникационных интерфейсов, периферийных устройств.
• Особенности механизмов организации отказоустойчивости и энергосбережения.

Экзамен

• Список тем для подготовке к экзамену

• Первая итерация экзамена прошла 24 декабря 2012 года в аудитории 707, начало в 16:00.
• Вторая итерация экзамена состоится 11 января 2013 года в аудитории 779, начало в 13:00.

Материалы

Тематический план курса

• Представление, передача и хранение информации в рамках вычислительных систем. Краткий обзор архитектур ВС.
  • Вопрос кодирования информации; различимость состояний, передача состояний, хранение состояний.
  • Механическое представление.
  • Реле.
    • Логические операции.
    • Генератор тактовой частоты.
    • Вентили.
    • Библиотека стандартных компонент.
    • Реализация памяти.
  • Полупроводниковые транзисторы.
    • Изготовление ИС и печатных плат.
  • Особенности передачи электрических сигналов.
  • Понятие программы, архитектура ВС.
  • Обзор различных архитектур ВС.
• Организация программируемых вычислительных устройств (процессоров).
  • Общая схема работы.
  • Особенности различных архитектур: микрокоманды, конвейер, кэш данных, кэш команд, prefetch, branch prediction/спекулятивое исполнение, векторные команды.
  • Обзор различных архитектур процессоров.
• Организация запоминающих устройств с произвольным доступом (память).
  • Общее устройство памяти, виды памяти (SRAM, DRAM), общая схема работы. Характеристики памяти.
  • Взаимодействие процессора и памяти.
    • Контроллер памяти.
    • Кэширование.
    • Full buffering.
  • Взаимодействие памяти и иных устройств (PIO, DMA).
  • ECC.
  • Обзор различных видов памяти.
• Адресация
  • Организация адресации памяти. Адресное пространство.
  • Страничная адресация памяти. MMU. Таблицы страниц. PAE, PSE.
  • Отображение памяти устройств, shadowing.
    • IOMMU.
  • Схема организации и адресации памяти в различных архтектурах.
• Процесс начальной загрузки
  • Последовательность действий при начальной загрузке.
  • Особенности организации начальной загрузки в x86. BIOS, POST.
    • ACPI.
  • EFI.
• Периферийные устройства.
  • Взаимодействие устройств.
    • Порты ввода/вывода.
    • Отображение адресного пространства.
    • DMA.
    • Взаимодействие между устройствами.
    • Прерывания.
  • Обзор различных интерфейсов подключения периферийных устройств.
    • Интерфейсы COM и LPT.
    • Интерфейсы IDE, SCSI, SATA.

    • USB, FireWire, !DisplayPort/Thunderbolt.

    • ISA, PCI, PCIe.

    • HyperTransport.

• Коммуникационные интерфейсы.
  • Структура и архитектура коммуникационного адаптера.
    • Структура и архитектура маршрутизатора коммуникационной сети.
    • Взаимодействие коммуникационного адаптера с хост-системой.

    • Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand.

• Видеоподсистема.
  • Схема организации работы видеоподсистемы.
  • GPU как вычислитель. Архитектура, принципы работы.
• Хранение данных.
• Сенсоры и датчики.
• Многопроцессорные и многоузловые системы.
  • Взаимодействие ядер, процессоров, узлов.
  • RDMA.
  • Обзор многопроцессорных и многоузловых архитектур.
• Особенности организации встраиваемых систем. Переменная тактовая частота, power states, обзор архитектур.
• Особенности организации отказоустойчивости. Поддержка hotswap, организация redundancy.