Subject description - A8M36ACA

Summary of Study | Summary of Branches | All Subject Groups | All Subjects | List of Roles | Explanatory Notes               Instructions
A8M36ACA Advanced Computer Architectures
Roles:PO Extent of teaching:2P+2L
Department:13135 Language of teaching:CS
Guarantors:  Completion:Z,ZK
Lecturers:  Credits:5
Tutors:  Semester:Z

Web page:

https://cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/b4m35pap/start

Anotation:

Předmět rozšiřuje znalosti studentů v oblasti architektury moderních počítačů. Pozornost věnujeme zejména problematice paralelismu, implementaci koncepce paralelismu v hardwaru, vytváření paralelního programu, architektuře soudobých počítačů využívajících paralelismu na úrovni instrukcí a vláken, pokročilému proudovému zpracování instrukce, paměťovému a perifernímu subsystému a jejich návrhu.

Course outlines:

1. Úvod do moderní architektury počítačů; počítače řízené tokem instrukcí (control driven) a tokem údajů (data
driven a demand driven). Klasifikace počítačových architektur podle Flynna; Vícejádrové, víceprocesorové a vícepočítačové systémy, pojem paralelního zpracování. Amdahlův a Gustafsonův zákon. Výkonové metriky.
2. Paralelismus na úrovni instrukcí, vláken, programů a dat. Časový a prostorový paralelismus. Bernsteinovy
podmínky paralelismu, datová a řídicí závislost. Úvod do programování paralelních systémů. Rozvrhování programů (statické, dynamické) a meziprocesová/meziprocesorová komunikace a synchronizace. Výpočtová granularita a zrnové balení. Mapování procesů a dat.
3. Programování paralelních systémů II. - použití Message Passing Interface (MPI) a Open Multi-Processing
(OpenMP) pro tvorbu paralelních programů.
4. Programování paralelních systémů III. - využití grafických karet pro paralelní programy - GPU (Graphics
processing unit) a GPGPU (General-purpose computing on GPU).
5. Skalární procesor: Cesta instrukce a dat z vedlejší paměti až k procesoru z pohledu hierarchie pamětí, operačního
systému a procesoru.
6. Predikce, prediktory a předvýběr instrukcí: Statické a dynamické predikce; Smithův prediktor, dvou-úrovňové
prediktory s lokální a globální historií, dvou-módový prediktor, loop-counting prediktory a další.
7. Od skalárního procesoru k superskalárnímu (pokročilé techniky instrukčního toku) Superskalární procesory se
statickým, dynamickým a hybridním plánováním vykonávaní instrukcí.
8. Spelukace: Spekulativní provádění instrukcí a podpora přesného přerušení. Procesory VLIW a EPIC. Využití
datového paralelismu, SIMD a vektorové instrukce v ISA.
9. Multiprocesorové systémy a problém koherence: Architektury multiprocesorových počítačů. Systémy s distribuovanou a sdílenou pamětí (DMS, SMS). Architektury symetrických multiprocesorových počítačů (SMP).
Způsoby zajištění koherence v SMP. Pravidla pro provádění paměťových operací, zajištění sekvenční konzistence, slabší modely paměťové konzistence, directories.
10. Časový a prostorový paralelizmus v praxi: Ukázka vybraných partií na procesoru Intel Nehalem.
11. Superpočítače dnešní doby: Masívně paralelní procesory (MPP) a clustery, Superpočítače na bázi GPU;
Propojovací sítě - statické a dynamické.
12. Architektura I/O podsystému. Aktuální sběrnice. Způsoby propojení procesoru, paměti a periférií uvnitř systémů
na čipu (SoC). Vyrovnávací paměti v I/O podsystému, způsoby implementace sdíleného přístupu.
13. Realizace moderního IO podsystému (NUMA architektury), HyperTransport, Quick Path Interconnect.
14. Perspektivy a omezení dalšího rozvoje

Exercises outline:

Literature:

1. Hennesy, J. L., Patterson, D. A.: Computer Architecture : A Quantitative Approach, Third Edition, San
Francisco, Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 2002
2. Shen, J.P., Lipasti, M.H.: Modern Processor Design : Fundamentals of Superscalar Processors, First Edition,
New York, McGraw-Hill Inc., 2004
3. Grama A., Gupta, A. et al.: Introduction to Parallel Computing, Second Edition, Addison Wesley, 2003

Requirements:

Subject is included into these academic programs:

Program Branch Role Recommended semester
MPOES3 Solid State Systems PO 3


Page updated 29.3.2024 07:54:56, semester: Z/2024-5, Z,L/2023-4, Send comments about the content to the Administrators of the Academic Programs Proposal and Realization: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)