Preskoči na glavno vsebino

Arhitektura računalniških sistemov

2023/2024
Program:
Interdisciplinarni univerzitetni študijski program 1. stopnje Računalništvo in matematika
Letnik:
1 letnik
Semester:
drugi
Vrsta:
obvezni
ECTS:
6
Jezik:
slovenski
Nosilec predmeta:

Branko Šter

Ure na teden – 2. semester:
Predavanja
3
Seminar
0
Vaje
0
Laboratorij
2
Vsebina

Kako so narejeni računalniki in kako delujejo? Zakaj se princip delovanja od prvih računalnikov do danes skoraj ni spremenil? Kaj se dogaja v stroju med reševanjem problemov? To so samo nekatera od vprašanj, na katera odgovarja predmet Arhitektura računalniških sistemov.
Pri predmetu bodo študenti v teoriji in na praktičnih primerih spoznali naslednje vsebine:
Narava računanja, kompleksnost, omejitve, teoretični modeli računanja.
Zgodovinski pregled dosedanjega razvoja strojev za računanje.
Von Neumannov arhitekturni model, osnovni principi delovanja. Vhod in izhod, prekinitve, lokalnost pomnilniških dostopov, Amdahlov zakon, strojna in programska oprema.
Predstavitev informacije in osnove računalniške aritmetike.
Ukazi in strojni jezik: načini naslavljanja, operacije, formati, RISC-CISC
Centralna procesna enota: podatkovna enota, aritmetično-logična enota, kontrolna enota.
Analiza zgradbe in delovanja CPE na primeru RISC računalnika.
Paralelizem na nivoju ukazov: cevovod, cevovodne nevarnosti, odpravljanje cevovodnih nevarnosti, dinamično razvrščanje, špekulativno izvrševanje, večizstavitveni procesorji. Paralelizem na nivoju niti
Glavni pomnilnik: tehnologija, organizacija, zaščita
Predpomnilniki: princip delovanja, vrste zgrešitev, zgrešitvena kazen, problem skladnosti
Navidezni pomnilnik

Temeljni literatura in viri

D. Kodek: Arhitektura in organizacija računalniških sistemov, Bi-Tim, Ljubljana 2008, poglavja 1 do 8.
Dodatna literatura:
J. L. Hennessy, D. A. Patterson: Computer Architecture: A Quantitative Approach, 4. izdaja, Morgan Kaufmann, San Francisco 2007.
D. A. Patterson, J. L. Hennessy: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, 4. izdaja, Morgan Kaufmann, Burlington 2009.

Cilji in kompetence

Namen predmeta je predstaviti študentom področje arhitekture računalniških sistemov.
To področje je osnovnega pomena za vse študente računalništva, ker daje razumevanje o tem, kaj stroj za računanje je. Na koncu predmeta bo vsak študent poznal osnovne elemente računalnika, kako so ti deli med seboj povezani, razlikoval različne nivoje programiranja in razumel osnovno zgradbo strojev za računanje.
Kompetence:
Razvoj veščin kritičnega, analitičnega in sintetičnega mišljenja.
Zmožnost definiranja, razumevanja in reševanja ustvarjalnih profesionalnih izzivov v računalništvu in informatiki.
Osnovne veščine v računalništvu in informatiki.
Praktično znanje in veščine, potrebne za uspešno profesionalno delo v računalništvu in informatiki.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

  • razumeti osnovne koncepte računanja
  • razložiti, kako deluje računalnik
  • poznati omejitve računalnikov
  • zapisovati in pretvarjati med številskimi zapisi, ki jih uporabljajo računalniki
  • razložiti arhitekturo konkretnega RISC računalnika
  • pisati programe v zbirnem jeziku
  • uporabiti kvantitativne metode za primerjavo in ocenjevanje različnih računalniških arhitektur
  • razumeti in vrednotiti pristope za povečanje učinkovitosti računalnikov (cevovod in drugi paralelizmi, predpomnilnik, itd.)
  • uporabiti znanje računalniške arhitekture pri razvijanju bolj učinkovite programske opreme
Metode poučevanja in učenja

Predavanja, laboratorijske vaje in domače naloge.

Načini ocenjevanja

Sprotno delo poteka v obliki laboratorijskih vaj, domačih nalog in kolokvijev.
Končno preverjanje (računski izpit).
Končno preverjanje (teoretični izpit).
(ocene: 5 (negativno), 6-10 (pozitivno), ob upoštevanju Statuta UL)

Reference nosilca

ŠTER, Branko. Selective recurrent neural network. Neural processing letters, ISSN 1370-4621. [Print ed.], 2013, vol. 38, no. 1, str. 1-15, graf. prikazi. [COBISS-SI-ID 10113876]
OLSZEWSKI, Dominik, ŠTER, Branko. Asymmetric clustering using the alpha-beta divergence. Pattern recognition, ISSN 0031-3203. [Print ed.], 2013, vol. 47, no. 5, str. 2031-2041. [COBISS-SI-ID 10382164]
GABER, Rok, LEBAR, Tina, MAJERLE, Andreja, ŠTER, Branko, DOBNIKAR, Andrej, BENČINA, Mojca, JERALA, Roman. Designable DNA-binding domains enable construction of logic circuits in mammalian cells. Nature chemical biology, ISSN 1552-4450, Mar. 2014, vol. 10, no. 3, str. 203-208, ilustr. , doi: . [COBISS-SI-ID 5408026]
DOBNIKAR, Andrej, ŠTER, Branko. Structural properties of recurrent neural networks. Neural processing letters, ISSN 1370-4621. [Print ed.], 2009, vol. 29, no. 2, str. 75-88, graf. prikazi. [COBISS-SI-ID 7085652]
ZUPANC, Jernej, DROBNE, Damjana, ŠTER, Branko. Markov random field model for segmenting large populations of lipid vesicles from micrographs. Journal of liposome research, ISSN 0898-2104, 2011, vol. 21, no. 4, str. 315-323, doi: . [COBISS-SI-ID 6705529]