PPI_prednaska_1

Your Logo

Katedra počítačov a informatiky,

Fakulta elektrotechniky a informatiky,

Technická univerzita v Košiciach

Princípy počítačového inžinierstvaprof. Ing. Liberios Vokorokos, PhD, Ing. Branislav Madoš, PhD.

ObsahObsah

Základné informácie Informatika a počítačové inžinierstvo História počítačov Klasifikácia počítačov Počítačový systém súčasnosti Trendy rozvoja informatiky a počítačových systémov Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača Benchmarky

Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

Základné informácie(1)Základné informácie(1)

Prednášajúci- Ing. Branislav Madoš, PhD.- www.madosonline.sk

Hodnotenie- Skúška 60 bodov- Cvičenia 40 bodov

- Písomná previerka I 12 bodov 6. týždeň

- Písomná previerka II 12 bodov 11. týždeň

- Referát a prezentácia 10 bodov

- Aktivita na cvičeniach 6 bodov



Odporúčaná literatúra

- Liberios Vokorokos a kol.: Princípy počítačového inžinierstva, pp. 322, Elfa, s.r.o., Košice, 2008, ISBN 978-80-8086-075-2,

- Liberios Vokorokos, Stavba počítačov

- Milan Jelšina, Architektúry počítačových systémov



Témy prednášok

- 1. Základná koncepcia počítačových systémov- 2. Technológie a štruktúra počítačových sietí- 3. Princípy telematiky- 4. Bezpečnosť v počítačových systémoch- 5. Bezpečnosť v počítačových sieťach- 6. Programové a návrhové prostriedky počítačových systémov- 7. Zobrazovanie informácií v počítači- 8. Logická úroveň počítačového systému- 9. Stavba počítačových systémov- 10. Architektúra počítačového systému- 11. Periférne zariadenia- 12. Paralelné počítačové systémy- 13. Neurohardvér


Informatika a počítačové inžinierstvo(1)Informatika a počítačové inžinierstvo(1)

Informatika

- je veda o získavaní, zbere, prenose, triedení, ukladaní, uchovávaní, spracovaní, aktualizovaní, vyhodnocovaní a využívaní informácií na úrovni signálov, údajov, symbolov, správ, poznatkov a znalostí

- vedecká disciplína, ktorá študuje počítačové výpočty a spracovanie informácií po hardvérovej aj softvérovej stránke

Počítačové vedy

- sú systematickým štúdiom výpočtových systémov a počítačových výpočtov



Čiastkové disciplíny počítačových vied- hardvér a počítačové architektúry- počítačové siete- návrh kompilátorov- operačné systémy- analýza algoritmov a teória zložitosti- programovacie techniky- softvérové inžinierstvo- umelá inteligencia- špecifikácia a verifikácia programov- informačné systémy- návrh databáz- paralelné a distribuované systémy- počítačová bezpečnosť- počítačová grafika- robotika a počítačové videnie



Hybridné disciplíny počítačových vied- Počítačová biológia a bioinformatika- Snímkovanie v zdravotníctve- Počítačová lingvistika a rozpoznávanie reči- Počítačová ekonomika- Nanotechnológia- Počítačová medicína a neuroveda



Aplikácie počítačových vied- Počítačom podporované navrhovanie- Počítačom podporované školenie a vzdelávanie- Webové služby a webové programovanie- Systémy reálneho času a vnorené systémy- Programovanie bezdrôtových zariadení- Animácia a grafika- Modelovanie dynamických systémov- Robotika a počítačom podporovaná výroba- Výskum a optimalizácia prevádzky- Databázové a informačné systémy- Predpovedanie počasia- Expertné systémy



Počítačové inžinierstvo

- mnohostranná oblasť na hranici medzi informatikou a elektrotechnikou

- oblasti PI zahrňujú aspekty - elektrotechniky (napr. elektrické siete, elektronika, návrh čipov),

- informatiky (napr. algoritmy, dátové štruktúry a operačné systémy)

- Ich vzájomný stret (napr. číslicová logika a návrh počítačov)

- vo všeobecnosti je PI návrhom, konštrukciou, implementáciou a údržbou počítačov a počítačom riadených zariadení


História a vývoj počítačov(1)História a vývoj počítačov(1)

Prvá generácia – 1940 – 1956: Elektrónky- Magnetické bubnové pamäte, strojový jazyk, dierne štítky a papierové pásky,

výstupy na tlačiareň, UNIVAC, ENIAC

Druhá generácia – 1956 - 1963: Tranzistory- Dierne štítky, assembler, vyššie programovacie jazyky, vlastná pamäť pre

uchovávanie inštrukcií.

Tretia generácia – 1964 – 1971: Integrované obvody- Klávesnice a monitory, operačný systém, viac úloh spracovávaných naraz,

monitorovanie pamäte centrálnym programom. Prístupné širšej verejnosti


História a vývoj počítačov(2)História a vývoj počítačov(2)

Štvrtá generácia – 1971 – súčasnosť: Mikroprocesory- Integrované obvody, grafické používateľské rozhrania (GUI), prepájanie

počítačovými sieťami, internet

Piata generácia – súčasnosť a budúcnosť: Umelá inteligencia- Umelé neurónové siete, reakcie počítača na vstupy v prirodzenom jazyku,

schopnosť učenia a sebaorganizácie


Klasifikácia počítačov(1)Klasifikácia počítačov(1)

Klasická klasifikácia

- Univerzálne počítače

- Problémovo orientované počítače

- Špecializované počítače

Flynnova klasifikácia

- Architektúra SISD (Single Instruction Single Data Stream)

- Architektúra MISD (Multiple Instruction Single Data Stream)

- Architektúra SIMD (Single Instruction Multiple Data Stream)

- Architektúra MIMD (Multiple Instruction Multiple Data Stream)



Používateľsko aplikačná klasifikácia

- Osobné počítače (PC)

- Pracovné stanice

- Špecializované počítače

- Sieťové počítače

- Superminipočítače

- Minisuperpočítače

- Superpočítače

- Vložené (vstavané, vnorené) počítače

- Biopočítače



Netradičná klasifikácia

- Univerzálne počítače

- Signálové procesory

- Jazykové procesory

- Databázové počítačové systémy

- Znalostné počítače


Počítačový systém súčasnostiPočítačový systém súčasnosti

Počítačový systém súčasnosti pozostáva z centrálnej procesorovej jednotky, hlavnej pamäte, sekundárnej pamäte, vstupných zariadení, výstupných zariadení a komunikačných zariadení.


Zbernice

CPU Hlavnápamäť

Sekundárnapamäť

Vstupné zariadenia

Výstupné zariadenia

Komunikačné zariadenia

Trendy rozvoja informatiky a počítačových systémovTrendy rozvoja informatiky a počítačových systémov

Optické počítače – optoelektronika a optonika Molekulárne počítače, nanotechnológie Biopočítače a DNA počítače Kvantové počítače Umelá inteligencia Sieťové počítanie – grid computing Mobilné technológie Umelá inteligencia


Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(1)Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(1)

Medzi hlavné systémové vlastnosti ČP patria:

- implementácia a riadenie centrálnej procesorovej jednotky (CPU, ovplyvňuje celkovú dobu vykonania programu)

- technológia a hierarchia pamäťového podsystému ČP (ovplyvňuje prístupovú dobu pamäti)

- kompilačná technológia (ovplyvňuje dĺžku programu a potrebný počet cyklov procesora)

- súbor inštrukcií a spôsoby ich zobrazovania, spracovania a diagnostiky (ovplyvňuje dĺžku programu definovanú počtom jeho inštrukcií)



Výkonnosť číslicového počítača je charakteristika na kvantitatívne hodnotenie schopnosti ČP vykonávať funkcie, na ktoré je určený a vo všeobecnosti túto charakteristiku reprezentujú dva nasledujúce parametre:

- čas odozvy- čas od začiatku po ukončenie úlohy a meria rýchlosť systému z hľadiska

používateľa

- priepustnosť- je daná počtom úloh spracovaných za určitý čas



Výkonnosť

Pomerná výkonnosť

Čas odozvy CPU na program

a)

b)



Čas odozvy CPU

a)

b)

c)



Počet hodinových taktov CPU

- Ci - počet vykonaných inštrukcií triedy i,- CPIi - priemerný počet taktov na inštrukciu danej triedy

- n - počet rozličných inštrukčných tried.



Jednotky výkonnosti

- MIPS – Milion Instructions Per Second – 106 inštrukcií spracovaných v priebehu jednej sekundy- Odvodená jednotka GIPS – 109 inštrukcií spracovaných v priebehu jednej sekundy

- FLOPS – Floating point Operations Per Second – počet operácií v pohyblivej rádovej čiarke spracovaných v priebehu jednej sekundy- Odvodené jednotky MFLOPS, GFLOPS, TFLOPS

- KLIPS – Kilo Logic Inference Per Second - 103 logických vývodov v priebehu jednej sekundy – používaná pri riešení úloh v umelej inteligencii


Benchmarky(1)Benchmarky(1)

Dhrystone- meria výkon pri spracovaní programov s prevahou celočíselných operácií.

Výkon je určený pomocou testov obsahujúcich zmes inštrukcií vo vyššom programovacom jazyku

• Whestone- meria výkon pomocou programov v jazyku Fortran s operáciami s pohyblivou

rádovou čiarkou. Používa testy s celočíselnými operáciami a operáciami s pohyblivou rádovou čiarkou, indexovanie polí, volanie procedúr, podmienené skoky a trigonometrické funkcie



SPEC (System Performance and Evaluation Cooperative)

je množina viacerých testov vytvorených niekoľkými spoločnosťami za účelom zlepšenia merania a vykazovania výkonu CPU pri spracovaní vedeckých a technických úloh

- SPECint95 je benchmark používajúci celočíselné operácie

- SPECfp95 používa operácie s pohyblivou rádovou čiarkou

- SPEC2000 je súbor pozostávajúci z 12 programov s celočíselnými operáciami a zo 14 programov s operáciami s pohyblivou rádovou čiarkou



PcMarkje množina viacerých testov pre meranie výkonnosti CPU, rýchlosti RAM operácií

čítania / zapisovania a rýchlosti pevných / flash diskov

3DMarkje množina viacerých testov pre

meranie výkonnosti grafických

adaptérov v 3D API DirectX


Budúci týždeňBudúci týždeň

Technológie a štruktúra počítač. sietí

- Klasifikácia počítačových sietí

- Sieťové technológie

- Topológie sietí

- ISO/OSI model

- Štruktúrovaná kabeláž

- Bezdrôtové siete LAN


Ďakujem za pozornosť

Documents

PPI_prednaska_1