Katedra počítačov a informatiky, Fakulta elektrotechniky a informatiky,

1. Princípy počítačového inžinierstva prof. Ing. Liberios Vokorokos, PhD. Ing. Branislav Madoš, PhD. Katedra počítačov a informatiky, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Technická univerzita v Košiciach

2. Obsah • Základné informácie • Počítačové inžinierstvo • História počítačov • Počítačový systém súčasnost • Informatika a počítačové inžinierstvo • Klasifikácia počítačov • Trendy rozvoja informatiky a počítačových systémov • Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača • Benchmarky Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

3. Základné informácie(1) • Prednášajúci • Ing. Branislav Madoš, PhD. • branislav.mados@tuke.sk • www.madosonline.sk • Hodnotenie predmetu • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

4. Základné informácie(2) • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

5. Základné informácie(3) • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

6. Počítačové inžinierstvo(1) • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

7. 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, jazyk symbolických adries - assembler, vyššie programovacie jazyky, vlastná pamäť pre uchovávanie inštrukcií, feromagnetické pamäte • Tretia generácia – 1964 – 1971: Integrované obvody • Klávesnice a monitory, operačný systém, viac úloh spracovávaných naraz, monitorovanie pamäte centrálnym programom. Prístupné širšej verejnosti Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

8. 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

9. Počítačový systém súčasnosti • Počítačový systém súčasnosti pozostáva z centrálnej procesorovej jednotky, hlavnej pamäte, sekundárnej pamäte, vstupných zariadení, výstupných zariadení a komunikačných zariadení. Sekundárna pamäť CPU Hlavná pamäť Zbernice Komunikačné zariadenia Vstupné zariadenia Výstupné zariadenia Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

10. Informatika a počítačové inžinierstvo(1) • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

11. Informatika a počítačové inžinierstvo(2) • Hybridné disciplíny počítačových vied • Počítačová biológia a bioinformatika • Snímkovanie v zdravotníctve • Počítačová lingvistika a rozpoznávanie reči • Počítačová ekonómia • Nanotechnológia • Počítačová medicína a neuroveda Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

12. Informatika a počítačové inžinierstvo(3) • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

13. 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) Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

14. Klasifikácia počítačov(2) • Používateľsko aplikačná klasifikácia • Osobné počítače (PC) • Pracovné stanice • Špecializované počítače • Sieťové počítače • Minipočítače • Superminipočítače • Minisuperpočítače • Superpočítače • Vložené (vstavané, vnorené) počítače • Biopočítače Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

15. Klasifikácia počítačov(3) • Netradičná klasifikácia • Univerzálne počítače • Signálové procesory • Jazykové procesory • Databázové počítačové systémy • Znalostné počítače Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

16. Trendy 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

17. 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) Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

18. Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(2) • Výkonnosť číslicového počítača je charakteristika na kvantitatívne hodnotenie schopnosti ČP vykonávať funkcie, na ktoré je určený a vo všeobecnosti túto charakteristiku reprezentujú dvanasledujúce 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

19. Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(3) • Výkonnosť • Pomerná výkonnosť • Čas odozvy CPU na program a) b) Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

20. Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(4) • Čas odozvy CPU a) b) c) Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

21. Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(5) • Počet hodinových taktov CPU • Ci - počet vykonaných inštrukcií triedy i, • CPIi - priemerný počet taktov na inštrukciu danej triedy • n- počet rozličných inštrukčných tried. Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

22. Systémové vlastnosti a analýza výkonnosti počítača(6) • Jednotky výkonnosti • MIPS – Milion Instructions Per Second – 106 inštrukcií spracovaných v priebehu jednej sekundy • Násobky 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 • Násobky MFLOPS, GFLOPS, TFLOPS • KLIPS – Kilo Logic Inference Per Second - 103 logických vývodov v priebehu jednej sekundy – používaná pri riešení úloh v umelej inteligencii Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

23. 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

24. Benchmarky(2) • 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 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

25. Benchmarky(3) • PcMark je množina viacerých testov pre meranie výkonnosti CPU, rýchlosti RAM operácií čítania / zapisovania a rýchlosti pevných / flash diskov • 3DMark je množina viacerých testov pre meranie výkonnosti grafických adaptérov v 3D API DirectX Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

26. Budúci týždeň • Technológie a štruktúra počítač. sietí • Klasifikácia počítačových sietí • Sieťové technológie • Topológie sietí • ISO/OSI model • Štruktúrovaná kabeláž • Bezdrôtové siete LAN Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 1.

27. Ďakujem za pozornosť