Detail předmětu

Architektura procesorů

FIT-ACHAk. rok: 2010/2011

Předmět pokrývá architekturu univerzálních i specializovaných procesorů. Paralelismus na úrovni instrukcí (ILP) je studován na procesorech skalárních, superskalárních a VLIW. Dále jsou probrány procesory s vláknovým paralelismem (TLP). Datový paralelismus je ilustrován na zpracování stylem SIMD a na vektorových procesorech. Hlavním typem specializovaných procesorů jsou grafické, signálové a multimediální procesory. Probírají se základní techniky paralelizace a řetězení zpracování grafických a multimediálních operací. Probírají se rovněž základní kompresní techniky pro obrazová data.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

prof. Ing. Václav Dvořák, DrSc.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Přehled mikroarchitektury procesorů a jejich trendů, dovednost porovnat procesory a simulovat vhodnými nástroji vliv změn v jejich architektuře. Znalosti o architektuře a obvodové podpoře zpracování grafických a multimediálních signálů, jejích kódování a komprese.

Prerekvizity

Architektura počítače typu von Neumann, hierarchická organizace paměťového systému, základy mikroprogramování, programování v JSI, činnost a funkce kompilátoru

Způsob a kritéria hodnocení

Získání 20 ze 40 bodů za projekty a půlsemestrální písemku.

Osnovy výuky

  • Skalární procesory. Zřetězené zpracování instrukcí a instrukční závislosti. Architektura typického procesoru.
  • Řetězové zpracování s asistencí kompilátoru. Superskalární CPU. Dynamické plánování instrukcí, predikce skoků.
  • Pokročilé techniky superskalárního zpracování: přejmenování registrů, tok dat přes paměťovou hierarchii.
  • Optimalizace načítání dat a instrukcí. Příklady procesorů.
  • Procesory VLIW. SW řetězení, predikace, binární překlad.
  • Paralelismus na úrovni vláken, multivláknové procesory, síťové procesory.
  • Procesory s podporou datového paralelismu, vektorové jednotky. 
  • SIMDová rozšíření SWAR, GPU a SIMT.
  • Architektura grafických jednotek GPU.
  • Paralelní výpočty na GPU, zpracování toků, OpenCL.
  • Multimediální procesory, procesor Cell . 
  • Signálové procesory   
  • Nízkopříkonové procesory.

 

 

Učební cíle

Seznámit se s architekturou nejnovějších procesorů pracujících s paralelismem na úrovni instrukcí či vláken. Ujasnit si úlohu překladače a jeho spolupráci s procesorem. Získat schopnost orientovat se v nabídce mikroprocesorů, dovést je hodnotit a porovnávat. Dále se seznámit s architekturou grafických, signálových  a multimediálních procesorů. Zvládnout základní principy snižování příkonu procesorů, komprese textur, mapovacích algoritmů pro multiprocesory a procesorů se zpracováním toků.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vyhodnocení třech malých projektů v rozsahu 4 hodin každý, půlsemestrální písemka.

Základní literatura

Baer, J.L.: Microprocessor Architecture. Cambridge University Press, 2010, 367 s., ISBN 978-0-521-76992-1. Hennessy, J.L., Patterson, D.A.: Computer Architecture - A Quantitative Approach. 5. vydání, Morgan Kaufman Publishers, Inc., 2012, 1136 s., ISBN 1-55860-596-7.  Kirk, D., and Hwu, W.: Programming Massively Parallel Processors: A Hands-on Approach, Elsevier, 2010, s. 256, ISBN: 978-0-12-381472-2 Jeffers, J., and Reinders, J.: Intel Xeon Phi Coprocessor High Performance Programming, 2013, Morgan Kaufmann, p. 432), ISBN: 978-0-124-10414-3

Doporučená literatura

aktuální PPT prezentace přednášek http://inst.eecs.berkeley.edu/~cs152/sp13/https://www.anandtech.comAgner Fog: Software optimization resourcesIntel Architecture Optimization ManualNvidia CUDA SDK Manual

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBI , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MBS , 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MGM , 2 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIS , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MMI , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MMM , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MPS , 2 ročník, zimní semestr, povinný
    obor MPV , 2 ročník, zimní semestr, povinný
    obor MSK , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Václav Dvořák, DrSc.

Osnova

  • Skalární procesory. Zřetězené zpracování instrukcí a instrukční závislosti. Architektura typického procesoru.
  • Řetězové zpracování s asistencí kompilátoru. Superskalární CPU. Dynamické plánování instrukcí, predikce skoků.
  • Pokročilé techniky superskalárního zpracování: přejmenování registrů, tok dat přes paměťovou hierarchii.
  • Optimalizace načítání dat a instrukcí. Příklady procesorů.
  • Procesory VLIW. SW řetězení, predikace, binární překlad.
  • Paralelismus na úrovni vláken, multivláknové procesory, síťové procesory.
  • Procesory s podporou datového paralelismu, vektorové jednotky. 
  • SIMDová rozšíření SWAR, GPU a SIMT.
  • Architektura grafických jednotek GPU.
  • Paralelní výpočty na GPU, zpracování toků, OpenCL.
  • Multimediální procesory, procesor Cell . 
  • Signálové procesory   
  • Nízkopříkonové procesory.

 

 

Projekt

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Václav Dvořák, DrSc.