drklaus 1 Odwieczne potrzeby człowieka Architektura Systemów Komputerowych - kto, co i jak prowadzi? Wszechobecność informatyki! dr inż.

Transkrypt

1 Architektura Systemów Komputerowych - kto, co i jak prowadzi? dr inż. Rafał Klaus Instytut Informatyki Politechnika Poznańska rafal.klaus@cs.put.poznan.pl Wykład organizacyjny W0 Wszechobecność informatyki! pod strzechy rozwój cywilizacji = techniki (informatyki) ekonomia, medycyna, nauki humanistyczne, ratownictwo, bezpieczeństwo,... zagrożenia (nieoczekiwane działanie), niepokorność (awarie), szkodliwość (inwigilacje) Hasła: stare: humanizować inżynierów współczesne: cywilizować (informatyzować) humanistów 2 Odwieczne potrzeby człowieka komunikowanie się język, przekaz na odległość liczenie, mierzenie, porównywanie, wnioskowanie matematyka rozwiązywanie zadań algorytmy 3 drklaus 1

2 Informatyka Współczesna informatyka to dyscyplina naukowa zajmująca się badaniem procesów algorytmicznych, które opisują i przetwarzają informację: ich teoria, analiza, projektowanie, efektywność, implementacja i zastosowanie. 4 Architektura Komputerów a obszary badań informatyki Co to jest informatyka? software computer science hardware Każdy informatyk obok umiejętności analitycznych i programistycznych powinien posiadać umiejętności i wiedzę z zakresu budowy sprzętu przetwarzającego informację. Informatyka jest dyscypliną nauki technicznej zajmującą się technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających informacje. 5 Obszary badań informatyki (1) algorytmy i struktury danych (jakie algorytmy są najlepsze dla poszczególnych klas problemów, teoria obliczalności, teoria złożoności obliczeniowej, obliczenia równoległe), języki programowania (jakie są możliwe organizacje maszyny wirtualnej reprezentowanej przez język, języki formalne i automaty, maszyny Turinga, semantyki formalne), obliczenia numeryczne i symboliczne (jak efektywnie i dokładnie rozwiązać równania, aproksymując procesy ciągłe i nieskończone przez procesy dyskretne i skończone, teoria liczb, algebra, metody numeryczne, dynamika nieliniowa), inżynieria oprogramowania (jak projektować bezpieczne i niezawodne oprogramowanie spełniające specyfikacje; weryfikacja programów, logika temporalna, rachunek predykatów), 6 drklaus 2

3 Obszary badań informatyki(2) bazy danych i systemy wyszukiwania danych (jak organizować duże zbiory danych, by były efektywnie dostępne i uaktualniane; algebra relacji, teoria zależności, synchronizacja i optymalizacja wykonywanych transakcji, indeksowanie, sortowanie), sztuczna inteligencja (jaka winna być symboliczna reprezentacja wiedzy i wnioskowanie z jej wykorzystaniem przez komputery, metody reprezentacji wiedzy, metody wnioskowania, metody heurystycznego przeszukiwania, uczenie maszynowe, systemy eksperckie, systemy wspomagania decyzji), systemy operacyjne (jak efektywnie sterować przydziałem zasobów do wykonywanych programów, teoria współbieżności, teoria szeregowania, zarządzania pamięcią, ocena wydajności), 7 Architektura Komputerów a obszary badań informatyki (3) komunikacja człowiek komputer (jak efektywnie wymieniać informację pomiędzy człowiekiem a komputerem; grafika komputerowa, rozpoznawanie obrazów oraz mowy, komputerowo wspomagane projektowanie, rzeczywistość wirtualna), architektura komputerów (jakimi metodami połączyć sprzęt i oprogramowania w efektywny i niezawodny system, teoria układów przełączających, teoria kodowania, teoria niezawodności). 8 Ścieżka nauczania zagadnień sprzętowych w Instytucie Informatyki Politechniki Poznańskiej przedmioty matematyczne Technika Cyfrowa Komunikacja człowiekmaszyna Systemy wbudowane Podstawy Elektroniki ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW Systemy uruchomieniowe mikrokontrolerów Fizyka dla informatyków Microelektronika Podstawy Automatyki Systemy mobilne Systemy operacyjne semestry 9 drklaus 3

4 Wymagana wiedza i umiejętności przed pojawieniem się na zajęciach Podstawowa wiedza z przedmiotów: Fizyka dla Informatyków m.in. zagadnienia: elektromagnetyzmu, optyki, fizyki kwantowej,... Podstawy Elektroniki m.in. zagadania: elektrotechniki, elementów półprzewodnikowych, układów tranzystorowych, wzmacniaczy, komparatorów, filtrów, modulatorów, generatorów, przetworników a/c i c/a,... Mikroelektronika m.in. technologia CMOS, bramki transmisyjne, przerzutniki, oscylatory, obwody sekwencyjne, budowa pamięci, bioczipy, filtry, modulatory, układy do sieci bezprzewodowych, kodery i dekodery,... Podstawy Techniki Cyfrowej m.in. układy kombinacyjne i sekwencyjne, automaty synchroniczne i asynchroniczne, bramki, przerzutniki, rejestry, pamięci, liczniki, sumatory, multipleksery, komparatory, kodery, zespoły logiczne PLD, PLA, PAL, wyświetlacze, metody projektowania układów sterowania,... Systemy Operacyjne m.in. wirtualizacja, segmentacja i stronicowanie pamięci,... Umiejętności z zakresu: projektowanie układów elektronicznych sterowania silnikami DC i krokowymi, układów elektronicznych czujników optycznych, zbliżeniowych i innych. Posługiwanie się systemami operacyjnymi DOS, MS Windows, Linux. 10 Wiedza i umiejętności po uczestnictwie w zajęciach Wiedza z zakresu klasyfikacji, budowy i działania systemów komputerowych. Wiedza z zakresu architektury i struktury mikroprocesorów i mikrokontrolerów. Umiejętności w zakresie posługiwania się językami niskiego poziomu w tym asemblerem, programowania interfejsów i chipset ów w PC, projektowania, budowy, uruchamiania i programowania systemów mikroprocesorowych. 11 Architektura komputerów czego się możesz spodziewać? Budowa mikroprocesorów, zasad wykorzystania rejestrów, mikrokodów, listy rozkazów i funkcjonowania pamięci cache. Przegląd architektur przykładowych procesorów. Techniki przyspieszania pracy mikroprocesorów, w tym architektur RISC, CISC, superskalarnych, potokowości, przemianowywania rejestrów, przepowiadania i optymalizacji kodu Przedstawienie programowalnych układów transmisji szeregowej, portów równoległych, zarządzania przerwaniami, DMA oraz układu czasowego. Omówienie zasad wsparcia sprzętowego stronicowania, segmentacji i wirtualizacji pamięci. Przegląd magistral systemowych. Omówienie interfejsów szeregowych i równoległych. Przedstawienie zasad działania i budowy wybranych mikrokontrolerów. 12 drklaus 4

5 Darmowe materiały wykładowe * ) Szablon wykładu należy uzupełnić podczas spotkania z wykładowcą Struktura i działanie komputera Układy programowalne Mikrokontrolery rodziny 8051 Mikrokontrolery ADµC 842 Struktury i architektury procesorów Techniki przyspieszania Interfejsy szeregowe i równoległe Sprzętowe wsparcie wirtualizacji, segmentacji i stronicowania pamięci Historia i klasyfikacja ASK W1 W2 W3 W4 W5 W6 *) możliwe modyfikacje zakresu przedmiotu 13 Zakres laboratorium *) I cykl programowanie na poziomie kodu maszynowego Lista rozkazów, kody maszynowe, stos, mapy pamięci, przestrzeń adresowa pamięci i układów wej./wyj. zasada działania DMA, system przerwań na przykładzie mikroprocesora 8 bitowego. Układy programowalne: czasowy 8253 transmisji szeregowej 8251 transmisji równoległej 8255 sterownik przerwań 8259 *) możliwe modyfikacje zakresu przedmiotu 14 Zakres warsztatu *) II cykl programowanie układów wej./wyj. w komputerach klasy PC Zaprogramowanie układu 8254 w PC, licznika czasu systemowego, tak aby generował przerwania częściej niż 18,2Hz z zachowaniem niezmienionego pomiaru czasu systemowego. Wykonanie sprzętu i oprogramowania do testowania łącza szeregowego RS232C. Wykonanie sprzętu i oprogramowania do testowania łącza równoległego (Compatibility Mode, Nibble Mode). Programy piszemy w asemblerze, Pascalu lub C. Programy piszemy w wersjach z wykorzystaniem funkcji BIOS i DOS i bez nich. *) możliwe modyfikacje zakresu przedmiotu 15 drklaus 5

6 Zakres warsztatu *) III cykl budowa i programowanie robota I Zbudowanie robota sterowanego z łącza równoległego centroniks. (Compatibility Mode, Nibble Mode). Części należy pozyskać (głównie ) ze starych komputerów. Koszt nie powinien przekroczyć zł na osobę. Tak aby nie płakać przy pozostawieniu go w IIn. Robot musi umieć poruszać się autonomicznie po zadanej trasie koloru białego ułożonej w ósemkę i pokonać ją w jak najkrótszym czasie. Dla celów realizacji robota należy LPT potraktować jako 12 wejść (8 linii danych i 4 linie rejestru sterującego) i 5 wejść (rejestr stanu) w tym wejście ACK, które należy wykorzystać do generowania przerwań. Do obsługi urządzeń należy napisać dwie aplikacje: Wykorzystujące funkcje BIOS i DOS Nie wykorzystujące tych funkcji Programy piszemy w asemblerze, Pascalu lub C. 16 Zakres laboratorium *) IV cykl programowanie mikrokontrolerów Zapoznanie się z mikrokontrolerami rodziny 8051 (ADµC 842). Zapoznanie się z narzędziami i metodami uruchamiania systemów wbudowanych. Wykonanie programów wykorzystujących podstawowe zasoby mikrokontrolerów. Wykonanie i oprogramowania układów wej./wyj. do mikrokontrolerów *) możliwe modyfikacje zakresu przedmiotu 17 Zakres warsztatów *) V cykl robot autonomiczny Wykonanie sterowania z mikrokontrolerem rodziny 8051 do robota z etapu III Wykonanie robota autonomicznego Wykonanie DTR (wydruk +CD+okładka+film) *) możliwe modyfikacje zakresu przedmiotu 18 drklaus 6

7 Założone cele Wykład daje podstawy teoretyczne architektury komputerów materiał przydatny (najprawdopodobniej) do osiągnięcia wieku emerytalnego przez absolwenta Laboratorium/warsztaty są podstawą zdobycia praktycznych umiejętności projektowanie, wykonywania i oprogramowywania podstawowych architektur komputerów. Zespołowe prace kontrolne i warsztatowe pobudzają kreatywność i uczą pracy zespołowej Wejściówki, sprawozdania, mobilizują do indywidualnej pracy studialnej 19 Umiejscowienie zaplanowanych zajęć w dziedzinie Przedmiot Architektura Systemów Komputerowych - nauka poprzez indywidualne studia literaturowe Wykład spojrzenie akademickie Materiał laboratorium prawdziwe życie Prace Kontrolne daj klientowi więcej niż wymaga 20 Literatura podstawowa R. Klaus,, MicroMax, Gorzów Wlkp P. Metzger: Anatomia PC, Helion, 2007 Katalogi i strony internetowe firmy INTEL M. Kotowski: Pod zegarem, Lupus, W-wa,1992 W. Mielczarek: Szeregowe interfejsy cyfrowe, Helion 2005 Katalogi i strony internetowe firmy Siemens i Philips, ATMEL, Analog Device R. Pełka: Mikrokontrolery, WKŁ, W-wa 2000 P. Misiurewicz, Układy mikroprogramowalne, WNT, drklaus 7

8 Klaus R. Lemieszewski Ł.: Systemy operacyjne cykl wykładów, WOM, Gorzów Wlkp., 2007, ISBN Książka przeznaczona jest dla Czytelników, którzy chcą poznać podstawy budowy systemów operacyjnych. Przygotowana została tak, aby mogła być zrozumiała dla każdego, kto posiada elementarną wiedzę odziałaniu komputerów. 179 stronicowy podręcznik akademicki podzielono na dwie części. W pierwszej opisane zostały podstawy teoretyczne budowy systemów operacyjnych. Przedstawiony tutaj materiał odzwierciedla spojrzenie akademickie. W drugiej części książki znajdują się ćwiczenia, stanowiące podstawę zdobycia praktycznych umiejętności obsługi istniejących na rynku systemów operacyjnych. Książka została wzbogacona o płytę CD zawierającą zbiór programów freeware poszerzających zakres materiału do nauki systemów operacyjnych. Ksiązka jest cenową alternatywą dla innych tego typu pozycji na rynku. Kupić można u autora (rafal.klaus@cs.put.poznan.pl) lub w Księgarni Akademickiej na Politechnice Poznańskiej (budynek BM). 22 Procedury organizacyjne Wykłady = wiedza Sprawdzana jest obecność (listy obecności wykorzystywane, w tych przypadkach, gdy decyzję o pozytywnym lub negatywnym ustosunkowaniu się do prośby studenta nie determinuje regulamin studiów) Studenci indywidualnie lub w zespołach wykonują Pracę Kontrolną (prace wykonywane są pod Wordem i PowerPoint em Pod Wordem min 20 stron, czcionka 10, 2,5 marginesy, odstęp pojedynczy,... Pod PowerPointem min 24 slajdy wraz z notatkami, oddawane w postaci wydrukowanej, obłożonej wraz z zapisem elektronicznym źródeł) Laboratoria = umiejętności Obowiązuje przygotowanie do zajęć Obowiązuje sumienność, zaangażowanie, staranność, terminowość,... Obowiązują sprawozdania-raporty 23 Zasady oceniania podczas laboratorium Laboratorium rozpoczyna się od wejściówki z zakresu materiału obowiązującego na danym laboratorium. Student odpowiada na dwa pytania w czasie 5 min. Jeżeli student nie zaliczy wejściówki, to na koniec zajęć pisze wyjściówkę. Ocena ndst z wejściówki i wyjściówki uniemożliwia zaliczenie danego ćwiczenia z laboratorium. Student który napisze wejściówkę poniżej oceny dst plus ma obowiązek wykonać sprawozdanie według wskazówek prowadzącego. Student który dostanie na kolejnych laboratoriach z wejściówek oceny ndst otrzymuje dodatkowe prace motywacyjne do wykonania. Student który nie wykona zadanych prac, sprawozdań w terminie dostaje dodatkowe prace karne. Student który dostanie na trzech kolejnych wejściówkach oceny bdb jest zwolniony z pisania kolejnych wejściówek. Likwidacja tego przywileju może nastąpić w przypadku nieprzygotowana się studenta do zajęć. 24 drklaus 8

9 Inne uwagi dotyczące laboratorium Wszystkie prace zadawane przez prowadzącego wykonać należy oddać na następnych zajęciach w postaci wydrukowanej z koszulką ochronną i na nośniku elektronicznym (w postaci zleconej przez prowadzącego). Nieobecność na laboratoriach regulowana jest regulaminem studiów. Za wszystkie zniszczenia w laboratorium odpowiadają materialnie studenci. Na laboratorium nie wolno przychodzić w okryciach zewnętrznych (szatnia). W pomieszczeniu laboratoryjnym nie wolno spożywać posiłków i napojów. We wszystkich innych przypadkach decyzje podejmuje prowadzący. 25 Prace laboratoryjnowarsztatowe Laboratoria: Studenci samodzielnie realizują proste zadania. Wyniki przedstawiają w postaci sprawozdań raportów (druk i postać elektroniczna). Warsztaty: Studenci w grupach przygotowują w domu zadane urządzenie. Na wyznaczonych zajęciach następuje zaliczenie zadania. Do urządzenia przygotowują również dokumentację DTR w postaci pisemnej i elektronicznej. Zasady, formaty i rodzaje plików zawierających raporty ustala prowadzący. 26 Prace Kontrolne zasady Studenci indywidualnie lub w zespołach wykonują Pracę Kontrolną PK składa się z dwóch części : wykonywanej pod Wordem i PowerPoint em Pod Wordem min 20 stron, czcionka 10, 2,5 marginesy, odstęp pojedynczy,... Pod PowerPointem min 24 slajdy wraz z notatkami, oddawane w postaci wydrukowanej, obłożonej wraz z zapisem elektronicznym źródeł) PK piszemy według zasad pisania Prac Inżynierskich ( We wszystkich niewyjaśnionych kwestiach należy zwrócić się do prowadzącego 27 drklaus 9

10 Zaliczenie przedmiotu Wymagany materiał z wykładów, ze studiów literaturowych, prac kontrolnych, laboratorium - warsztaty (student normalny ) Warunki konieczne Pozytywna ocena z Laboratorium (lub wskazanie przez prowadzącego, że student uzyska pozytywną ocenę z laboratorium w terminie do końca semestru) Pozytywna ocena z Pracy Kontrolnej Obecności na zajęciach Warunki wystarczające Pozytywna ocena z egzaminu lub kolokwium zaliczeniowego 28 Zaliczenie przedmiotu c.d. (student normalny inaczej ) Jeżeli nie spełniasz podany na poprzednim slajdzie warunków - dajemy Ci jeszcze szansę: Warunki konieczne Brak możliwości uzyskania pozytywnej oceny z laboratorium w terminie do końca semestru Pierwsze podejście egzaminu w danym roku przepada jeśli uzyskasz ocenę pozytywną z laboratorium przed sesją poprawkową możesz podejść do egaminu/zaliczenia poprawkowego w sesji poprawkowej Brak zaliczenia z PK Możesz podejść do egzaminu lub kolokwium zaliczeniowego w pierwszym terminie, przydzielona zostanie Tobie dodatkowo praca motywacyjna PM jeżeli nie oddasz pozytywnie ocenionych PK do wyznaczonego przez prowadzącego dnia wraz z PM to mimo uzyskania pozytywnej oceny z egzaminu lub kolokwium wpisana do indeksu zostanie ocena NDST (2) PM przydzielane są indywidualnie każdemu studentowi który nie prezentował i nie oddał w ustalonym terminie przydzielonych mu prac kontrolnych PK Brak obecności na zajęciach Możesz podejść do egzaminu lub kolokwium zaliczeniowego w pierwszym terminie, przydzielona zostanie Tobie praca motywacyjna PM ale jeżeli nie oddasz pozytywnie ocenionych PM do wyznaczonego przez prowadzącego dnia to mimo uzyskania pozytywnej oceny z egzaminu/kolokwium wpisana do indeksu zostanie ocena NDST (2) PM przydzielane są indywidualnie każdemu studentowi który opuścił zajęcia. Warunki wystarczające Pozytywna ocena z egzaminu lub kolokwium zaliczeniowego w pierwszym lub drugim terminie 29 Konsultacje (Joke) start Czy przeczytałeś podaną literaturę? tak Po co do mnie przychodzisz, wiesz już tyle co ja nie To przeczytaj koniec 30 drklaus 10

11 Szkolenie BHP tel. do sekretariatu, że jadę do pracy Szkolenie BHP wejściówka Instrukcja w laboratorium!!! Lista obecności ewakuacja do miejsc wyznaczonego Gdzie jest apteczka pierwszej pomocy? Gdzie są gaśnice? Gdzie są wyłączniki? Pali się!!! Co robimy? Jeśli mały ogień gasimy, jeśli duży zwiewamy!!! Szybko powiadamiamy 112, P-ń pogotowie Ewakuacja: Zamykamy okna!!! Zamykamy H 2 O, prąd, gaz Ostatni przy ewakuacji zamyka na klucz drzwi!!! dla strażaka jest to wiadomość tam nie ma ludzi!!! Kiedy nie możemy się ewakuować: Uszczelniamy mieszkanie, drzwi mokre szmaty Otwieramy okno - z okna, balkonu dajemy znać strażakom gdzie jesteśmy Jest ranny co robimy? Układ oddechowy oddech Układ krążenia serce Tamujemy krwotok Zapewniamy ciepło np. koc Gasić pożar czym? Proszkowa super ale jest ciśnieniowa tzn. np. samochodowa działa tylko ca 3-5 s, max odległość 2,5 m (strach) Nacisnąć i puścić!!! To zasada!!! 4-7 s odczekać Jeszcze raz nacisnąć krótkie impulsy 0,5 s!!! Pianowa nie wolno gasić elektryczności i chemii!!! Śniegowa CO 2 nie wolno gasić ludzi (temp. i brak tlenu)!!! Halonowe zabronione!!! 31 Dziękuję za uwagę Komentarze i pytania To czego szukasz znajdziesz w ostatnim z możliwych miejsc. 32 drklaus 11