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

5

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


Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

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

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.