Курс про эту вашу архитектуру

Цели, мотивация

• На ВМК не рассматриваются достижения в железостроении последних, like, 30 лет. А еслии рассматриваются (например, на курсах ВТ и ПОД), то весьма невнятно (личное суждение).
• Хочется этот пробел восполнить, рассказав студентам про то, что есть. А то люди кроме x86 ничего и не знают обычно, равно как нарисовать схему строения современной ВС не могут (да и не современной, обычно, тоже).

prerequisites

Считается, что студенты прослушали как минимум курс Архитектуры ЭВМ. Также желательны (но необязательны) прослушанные курсы ОС, БД, ВТ и ПОД (3 поток).

По форме

Есть мысль, что по объёму тут довольно много. Поэтому есть идея разбить это на две части: более обязательную и менее обязательную. В более обяхательную включать концепции, понятия и прочее, а в менее обязательную — все примеры и прочие вкусности. Так и читать, по три часа — первые полтора часа для энтузиастов (курс-то необязательный, и не факт, что вообще будет официальным матс/к), вторые полтора часа — для фанатов.

По таймлайну

Читать его, видимо, надо весной 2012. Оно более-менее совпадает со второй частью цикла курсов про этот ваш Linux, и является частично базой для курса по ядру, потому что много знаний из этого курса там потребуются.

Структура курса

1. Представление, передача и хранение информации в рамках вычислительных систем. Краткий обзор архитектур ВС.
   • Вопрос кодирования информации; различимость состояний, передача состояний, храненние 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

     • Любые классификации и систематизации условны; это скорее аспекты (базисные вектора)

     • Само разделение на процессор, чипсет, whatever тоже условно - есть схемы, которые по входу дают выход и хранят состояние; далее можно рассматривать функциональность отдельных частей и целого - особенно это хорошо видно на примере первых эвм с низкой интеграцией

     • Собственно, рассмотреть структуру вс на базе sparc, power, arm, mips, x86, ia-64, alpha, cell; soc, микроконтроллеры, dsp

2. 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
3. Организация запоминающих устройств с произвольным доступом (память)
   • Общее устройство памяти, виды памяти (SRAM, DRAM), общая схема работы. Характеристики памяти.

     • Ширина, глубина, задержки, количество портов/ассоциативность

   • Взаимодействие процессора и памяти
     • Контроллер памяти
     • Кэширование
     • Full buffering
   • Взаимодействие памяти и иных устройств (PIO, DMA)
   • ECC
   • Обзор различных видов памяти.
4. Адресация
   • Организация адресации памяти. Адресное пространство.
   • Страничная адресация памяти. MMU. Таблицы страниц. PAE.
   • Отображение памяти устройств, shadowing. IOMMU.
   • Схема организации и адресации памяти в различных архтектурах
5. Процесс начальной загрузки
   • Последовательность действий при появлении питания.
   • Особенности организации начальной загрузки в x86. BIOS, POST.
   • EFI.
6. 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

     • ISA, PCI, PCIe

     • HyperTransport

     • что характерно, тут нет ни видео (хотя оно будет в разделе пр PCI упомянуто), ни всяких езернетов с инфинибендами и FC. А всё потому, что оно в итоге подключается по одному из вышеозначенных интерфейсов

7. Видеоподсистема
   • Схема организации работы видеопосистемы
   • GPU как вычислитель. Архитектура, принципы работы.
8. многопроцессорные и многоузловые системы
   • Взаимодействие ядер, процессоров, узлов
   • RDMA
   • Обзор многопроцессорных и многоузловых архитектур
9. Особенности организации встраиваемых систем. Переменная тактовая частота, power states, обзор архитектур.
10. Особенности организации отказоустойчивости. Поддержка hotswap, организация redundancy.