Leírás

Számítógép generációk. A számítógép belső felépítése: tár, vezérmű, processzor, B/K rendszer, csatorna, rendszersín fogalma és részei. Általános mikroprocesszor modell felépítése. Logikai műveletek, logikai értékek, logikai függvények. Grafikus minimalizálás, Weitch- Karnaugh táblák. Egyszerű kombinációs logikai hálózatok: multiplexer, demultiplexer, kódolók, dekódolók, kódátalakítók, összehasonlítók, paritásképző-ellenőrző egységek, összeadó egységek. Hazárd jelenségek a logikai áramköröknél. Elemi sorrendi hálózatok: RS flip-flop, JK flip-flop, T flip- flop, D flipflop multivibrátorok, regiszterek. Szinkron és asszinkron számlálók. Félvezetős memóriák: osztályozás, működési elv. Gépi szintű utasítások osztályozása és végrehajtása, memória és I/O ciklusok. Vezérlésátadó gépi szintű utasítások végrehajtása. Processzor vezérelt és processzortól független kiszolgáló működési állapot. A számítógép B/K rendszere. AD és DA átalakítók, soros és párhuzamos illesztőegységek. Karakteres és grafikus képmegjelenítés. Perifériák: billentyűzet, egér, scanner, nyomtatók. Háttértárolók: mágneslemez, mágnesszalag, optikai tárolók. Számítógépek osztályozása: SISD, SIMD, MISD, MIMD, RISC, CISC gépek. Transputerek felépítése és működése, gépi szintű utasításai. Számítógépek felhasználás szerinti osztályozása, párhuzamos események, párhuzamosság egyprocesszoros rendszereknél, párhuzamos feldolgozási mechanizmusok. Párhuzamos számítógép struktúrák: pipeline számítógépek, tömb processzorok, többprocesszoros rendszerek, utasítások végrehajtása. Adatfolyam számítógépek szerkezete és működése. Többprocesszoros rendszerek I/O alrendszerei: megszakítások osztályozása. Skaláris- és vektor processzorok. Vektorizált feldolgozás jellemzői. SIMD tömbprocesszorok: kapcsolat hálózat fogalma, adatrutingoló mechanizmusok, kapcsolat hálózatok topológiái. Asszociatív memóriák, asszociatív tömbfeldolgozás, asszociatív processzorok.

Kompetenciák

A kurzus sikeres teljesítése esetén a hallgató ismerni fogja a számítógépek felépítésének, működésének alapjait, képes lesz elkészíteni egyszerű assembly nyelvű programokat.

A tárgy részletes tematikája

Előadás

Oktatók

Dr. Halász Gábor József

Heti beosztás

1. előadás: A számítógép architektúra szintjei,. Az elektronikus számítógépek fejlődése, generációi, általános felépítése. A Nemann-elv.

2. előadás: Numerikus adatok gépi ábrázolása: fixpontos és lebegőpontos ábrázolás, konverzió a rendszerek között. Negatív számok ábrázolásai.

3. előadás: BCD ábrázolás. Az IEEE 754 szabvány. Karakter kódolási szabványok (ASCII, ISO 8859, UTF, WIN1250).

4. előadás: CPU, adatút, utasítások szerkezete: három, kettő és egy címes utasítások. Memóriák. Központi memória. Bájt sorrend. Igazítás. Hibafelismerés és hibajavítás kérdése. Operandusok megadás módjai. Közvetlen operandus, direkt, regiszter, regiszter-indirekt, indexelt, bázis-index címzés. Az Intel 8086/88 regiszter készlete, társzervezése, címzési módjai, címzési mód byte.

5. előadás: Az Intel 8086/88 utasításai (adat mozgató, aritmetikai, logikai, string kezelő, bit léptető/forgató, vezérlés átadó, processzor vezérlő, input/output utasítások, program megszakítás, szemafor). Pszeudo operátorok. Egyszerű adat definíciós utasítások. Struktúra, rekord (definíció, hívás, mezőre hivatkozás). Eljárás (deklaráció, hívás, paraméter átadás/átvétel). Lokális adat terület, rekurzív és reentrant eljárások. 

6. előadás: Feltételes fordítás. Makró (definíció, hívás), blokk ismétlés. Címkék, változók, konstansok, kifejezések. Szegmens definíció, szegmens csoport, aktív szegmensek kijelölése, globális szimbólumok. Assemblernek szóló utasítások, lista vezérlési operátorok. A végrehajtható program elkészítésének folyamata: Egyszerűsített lexikális elemző. Két menetes assembler fordító. Makró generátor. (Kapcsolat) szerkesztő. Time sharing (idő osztás). Binding (cím hozzárendelés), dinamikus szerkesztés. Programok hangolása.

7. előadás: Digitális logikai szint. (vázlatosan) Boole-függvények áramköri ekvivalenciája. Kapuk. Kombinációs áramkörök, multiplexer, demultiplexer, dekódoló, összehasonlító, programozható logikai tömbök. Aritmetikai áramkörök. Léptető, fél és teljes összeadó, ALU, átvitel továbbterjesztő és kiválasztó összeadás. Nem kombinációs áramkörök. Óra, tárolók, flip-flop-ok, SRAM, DRAM, SDRAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flash. Memória lapkák.

8. előadás: Utasítás és processzor szintű párhuzamosítás. Gyorsító tár (cache). Találati és hiba arány. Közös és osztott gyorsító tár. Direkt leképezésű és halmaz kezelésű gyorsító tár. Memóriába írás. Sín. Sín protokoll. Mester - szolga. Sín vezérlő, vevő, adóvevő. Sín szélesség, sáv szélesség. Sokszorozott sín. Sín időzítés: szinkron, aszinkron sín, teljes kézfogás. Sín ütemezés. Sín műveletek. Univerzális soros sín.

9. előadás: Mikroarchitektúra szint. Az ALU-val végezhető műveletek. Memória műveletek. ALU és az adatút vezérlése. Mikroutasítások. Adatút és memória ciklus. Az A.S. Tanenbaum-féle Mic-1 és működése. Az IJVM memória modellje. Az IJVM megvalósítása Mic-1 segítségével. Parallel Input/Output (PIO), valódi és memóriára leképezett I/O eszköz. Teljes és részleges cím dekódolás. Programozott és megszakítás vezérelt I/O. DMA. Megszakítás, csapda, átlátszóság.

10. előadás: A végrehajtási út csökkentése. Három sínes architektúra. Utasítás betöltő egység. Mic-2. Csővonalas terv: Mic-3. Egy hét szakaszú szállítószalag: Mic-4. Elágazás, eltolási rés. Statikus és dinamikus elágazás jövendölés. Sorrendtől eltérő végrehajtás, szuperskaláris architektúra, függőségek, regiszter átnevezés. Feltételezett végrehajtás. RISC és CISC kialakulása. A Pentium 4, az UltraSPARC III és a 8051 CPU mikroarchitektúrája, ezek rövid összehasonlítása.

11. előadás: Gépi utasítás szint. Memória modellek, memória szemantika. A Pentium 4 üzemmódjai. A Pentium 4, az UltraSPARC III regiszterei. Veremcímzés. Fordított lengyel (postfix) jelölés. Dijkstra algoritmusa. Postfix alakú formulák kiértékelése. Ortogonalitási elv. A Pentium 4, az UltraSPARC III és a 8051 utasítás formái. Vezérlési folyamat. Szekvenciális vezérlés, elágazás, ciklus szervezés, eljárás, rekurzív eljárás, megszakítás, csapda, korutinok.

12. előadás: Operációs rendszer szint. (vázlatosan) Overlay technika. Virtuális memória. Kényszerlapozás. Munka készlet. Lapméret, fregmentáció. Szegmentálás és megvalósításai. A Pentium 4 és az UltraSPARC III virtuális memória kezelése.

13. előadás: Perifériák (vázlatosan). Mágnes lemez,. lemez vezérlés, IDE (ATA), EIDE, SCSI, RAID szintek. Optikai lemezek. Egér. Nyomtatók. Terminál. Modem, jelzési, adatátviteli sebesség. Kommunikációs vonal.

Követelmények

Sikeres írásbeli vizsga letétele.

A vizsga összontszámának 15%-a a félév során megírt zárhelyi dolgozatok, a többi a vizsgadolgozat alapján szerezhető meg.

Vizsga/számonkérés

A NEPTUN-ban meghirdetett időben és helyen.

Konzultációk

Az oktatói fogadóórákon.

Ajánlott irodalom

• Szittya O.: Logikai rendszerek és szekvenciális automaták, egyetemi jegyzet, BME, Műegyetem Kiadó, Budapest, 1986.

• Theisz P., Gunber G., Jagudits L.: Digitális technika I., egyetemi jegyzet, BME, Műegyetem Kiadó, Budapest, 1977.

• Patterson, D. A., Henessy, J. L.: Computer Organization & Design, 2nd Edition, Morgan Kaufmannn, 1998.

• Williams, R.: Computer System Architecture (A Networking Approach), Addison-Wesley, 2001.

• Sima D., Fountain, T., Kacsuk P.: Korszerű számítógép architektúrák tervezési tér megközelítésben, Szak Kiadó, Bicske, 1998.

Etikai elvárások

A hallgatókkal kapcsolatos etikai normákra A DEBRECENI EGYETEM ETIKAI KÓDEXE az irányadó. Az etikai normákat megsértők automatikusan elégtelent kapnak a vizsga során.