IT - Arhitektura i organizacija digitalnih računala

Osnovni elementi elektroničkih računala. Pregled razvoja računala, njihove organizacije i arhitekture. Osnovni dijelovi računala. Povezivanje i razmjena podataka. Sabirnice i sabirnički sustavi. Prekidni mehanizam. Direktni pristup memoriji. Centralna jedinica sustava: procesor. Aritmetičko logički podsustav. Izvođenje aritmetičkih operacija. Sustav registara. Sustav upravljanja izvođenjem. Cjelobrojna i aritmetika fiksnog i pomičnog zareza. Skupovi naredbi, RISC, CISC. Asembler. Memorijska jedinica sustava. Memorijski elementi. Hijerarhija memorijskog sustava. Organizacija zapisa u memorijama. Virtualna memorija. Vrste adresiranja. Osnovne funkcije ulaznih i izlaznih jedinica. Ulazni i izlazni mediji računala. Unošenje podataka. Sustavi za unošenje podataka.

Prepoznavanje pojmova vezanih uz temeljnu građu računala te prepoznavanje pojmova vezanih uz kreiranje kompleksnih digitalnih sklopova.
Uvid u temelje rada računala. Postavljanje baze znanja nužne za razvoj hardverskih ili složenih hardversko-softverskih projekata. Razumijevanje temeljnih procesa koji se odvijaju u programabilnim sklopovima, mogućnost samostalnog učenja i sudjelovanja u timovima koji razvijaju hardverska rješenja na bazi osnovnih digitalnih sklopova

1. Definirati osnovne dijelove mikroračunala i opisati njihovu funkciju.
2. Definirati mikroprocesor i njegovu poziciju u odnosu na ostale elektroničke digitalne sklopove, kao i osnovne elemente njegove građe.
3. Prepoznati i implementirati osnovne verzije upravljivih sklopova koji služe kao građevni blokovi mikroprocesorske tehnologije.
4. Razumjeti asemblersko programiranje.
5. Prepoznati bazične probleme i načine njihovog rješavanja kod izrade sklopova koji tvore osnovne elemente mikroračunala.
6. Steći polazna znanja za samostalno učenje i sudjelovanje u timovima koji kreiraju kompleksna, mikrokontrolerski orijentirana rješenja.

Kolegij pruža temeljna znanja s područja arhitekture digitalnih računala kao osnovu jezgre računarstva, te daje uvid u primjenu načela obrade podataka na digitalnim računalima

Ribarić, S.:Arhitektura mikroprocesora, Tehnička knjiga, Zagreb 2. Ribarić, S.: Naprednije arhitekture mikroprocesora, Tehnička knjiga, Zagreb

1. Uvod, povijest razvoja elektroničkih digitalnih računala. Definicija mikroračunala i osnovne strukture mikroračunala. Definicija mikroprocesora i osnovni elementi građe mikroprocesora, definicija instrukcijskog skupa mikroprocesora.
2. Programski model mikroprocesora, definicija. Mooreov zakon. Binarni brojevni sustav: razlog za korištenje binarnog brojevnog sustava u realizaciji elektroničkih digiralnih računala, konverzije među brojevnim sustavima, te logičke i aritmetičke operacije u pozicijiskim brojevnim sustavima. Flynnova klasifikacija: definicija, SISD, SIMD, MISD, MIMD kategorije arhitektura. CISC i RISC arhitektura. Von Neumannova arhitektura.
3. Model mikroprocesora: upoznavanje s modelom mikroprocesora koji će se koristiti u nastavi kolegija; shema modela, instrukcijski skup modela. Asemblerski i strojni jezik, Prevođenje iz asemblerskog u strojni kod i obratno.
4. Izvođenje prevedenog strojnog koda u modelu mikroprocesora. Osnovne faze izvođenja strojnog koda, početno stanje modela mikroprocesora.Dijagram stanja na sabirnicama.
5. Adresni načini mikroprocesora: programski i podatkovni, definicije. Od programskih adresnih načina: direktni, indirektni, relativni. Razlozi postojanja svakog od načina, prednosti i mane korištenja. Od podatkovnih adresnih načina: usputni, registarski direktni, implicitni, direktni, indirektni (s podvrstama).
6. Stog: definicija, adresiranje upotrebom kazala stoga. Registri: definicija, način građe registara, način spajanja registara na sabirnicu te upravljanje registrima.
7. Aritmetičko logička jedinica: definicija, uloga u mikroprocesoru, blok shema. Aritmetičke operacije, logičke operacija te operacije s bitovima. Definicija zbrajanja u binarnom brojevnom sustavu preko logičkih funkcija koje generiraju znamenku na zadanoj poziciji i prijenos na višu pozicijiu.
8. Aritmetički dio: kaskadni način spajanja zbrajala, sklop za predviđanje bita prijenosa. Implementacija osnovnih aritmetičkih operacija samo temeljem potpunog zbrajala. Logička sekcija aritmetičko logičke jedinice.
9. Operacije posmaka: definicija, sklopovlje za obavljanje operacija posmaka. Izlazni sklopovi aritmetičko logičke jedinice. Uvod u upravljačku jedinicu: definicija i uloga upravljačke jedinice u mikroprocesoru.
10. Sklopovi za generiranje sekvenci. Postavljanje problema upravljačke jedinice u smislu generiranja sekvenci, dekodiranja i instrukcija s uvjetnim izvođenjem. Mikroprogramirana upravljačka jedinica. Definicija i uloga instrukcijskog dekodera.
11. Adresiranje i upravljanje registrima, upravljanje ALU-om i status registrom, upravljanje adresnom i podatkovnom sabirnicom, mikroprogramiranje.
12. Prekidi i prekidni sustav: definicije, osnovni pojmovi, razlozi za postojanje prekidnog sustava, postupci mikroprocesora kod prihvata i obrade prekida. Vektorski prekidi, rješavanje konflikta kod prekida.
13. Memorija mikroračunala: definicija i uloga memorije u mikroračunalima. Podjela memorija, osnovni tipovi RAM memorije, osnovni tipovi organizacije memorije.
14. Sabirnice: definicija i uloga sabirnica u mikroračunalima. Podjela sabirnica na sinkrone i asinkrone. Sabirnički ciklusi. Ulazno izlazni uređaji, generalizirani prikaz ulazno izlaznih uređaja, izdvojeno adresiranje i adresiranje memorijskim preslikavanjem.
15. Rad s realnim brojevima u mikroračunalima, definicija IEEE 754 standarda za reprezentaiju aproksimacije realnih brojeva u tehnici pomičnog zareza. Skica izvođenja aritmetičkih operacija s brojevima reprezentiranim u zapisu s pomičnim zarezom.

1. Analiza generičke strukture mikroračunala, apstraktni koncept memorije.
2. Analiza operacije zbrajanja u binarnom brojevnom sustavu preko generalizacije zbrajanja u pozicijskim brojevnim sustavima.
3. Analiza postupka prevođenja asemblerskog koda u strojni i strojnog u asemblerski.
4. Analiza pojedinih koraka izvođenja strojnog koda u modelu mikroprocesora.
5. Crtanje dijagrama stanja na sabirnicama obzirom na korake izvođenja strojne instrukcije i potrebe za memorijskim ciklusima čitanja i pisanja.
6. Identifikacija raznih adresnih načina u instrukcijskom skupu modela mikroprocesora. Implementacija stoga u modelu mikroprocesora.
7. Registri u modelu mikroprocesora i njihove specifičnosti.
8. Vremenska analiza kaskadnog spajanja potpunih zbrajala i sklopa za predviđanje bita prijenosa. Realizacija aritmetičke i logičke sekcije ALU-a modela mikroprocesora.
9. Implementacija sklopova za posmak u modelu mikroprocesora.
10. Konstrukcija instrukcijskog dekodera za upravljačku jedinicu modela mikroprocesora.
11. Primjeri mikrokoda za fazu pribavi, te strojne instrukcije CP i JP Z, za model mikroprocesora.
12. Konstrukcija prekidnog sustava za model mikroprocesora.
13. Komunikacija modela mikroprocesora i memorije, implementacija mikrokoda modela mikroprocesora za komunikaciju s memorijom.
14. Sabirnički ciklusi modela mikroprocesora, analiza obzirom na implementiranu upravljačku jedinicu i mikrokod za komunikaciju s memorijom.
15. Konverzija decimalnih brojeva u zapis po IEEE 754 standardu.

1. Upoznavanje s laboratorijskim razvojnim sklopovima (eng, hardware) i programima (eng. software)
2. Upoznavanje sa 16 bitnim operacijama (16 - bitno zbrajanje, oduzimanje, uspoređivanje i negaciju brojeva)
3. Uvid u rutine za kopiranje podataka iz programske (Flash) u SRAM i kopiranje podataka unutar SRAM-a
4. Uvid u rad "Bubble sort" algoritma za sortiranje podataka
5. Uvid u proces čitanja i pisanja u EEPROM AVR kontrolera ATMEGA8515
6. Ilustracija sustava prekida (interrupta) mikrokonrolera ATMEGA8515 i sklopovi za mjerenje vremena kao izvori prekida
7. Programska realizacija množenja i dijeljenja 8-bitnih cijelih brojeva

1. Jedinice predavanja 1-8, jedinice laboratorijskih vježbi 1-3. Test se polaže pismeno, svako pitanje se jednako vrednuje, s tim da se pojedino pitanje može vrednovati kao netočno (0 bodova), djelomično točno (1 bod) i potpuno točno (2 boda). Na oba kolokvija studenti moraju postići prosjek od 50% svih bodova. U slučaju nezadovoljenja na testu, test se ponavlja u redovitim terminima predviđenim za to (zimski rok za studente koji su slušali kolegij u zimskom semestru, odnosno ljetni rok za studente koji su su kolegij slušali u ljetnom semestru).
2. Jedinice predavanja 9-15, jedinice laboratorijskih vježbi 4-7. Test se polaže pismeno, svako pitanje se jednako vrednuje, s tim da se pojedino pitanje može vrednovati kao netočno (0 bodova), djelomično točno (1 bod) i potpuno točno (2 boda). Na oba kolokvija studenti moraju postići prosjek od 50% svih bodova. U slučaju nezadovoljenja na testu, test se ponavlja u redovitim terminima predviđenim za to (zimski rok za studente koji su slušali kolegij u zimskom semestru, odnosno ljetni rok za studente koji su su kolegij slušali u ljetnom semestru).

1. Jedinice predavanja 1-15, jedinice laboratorijskih vježbi 1-7. Test se polaže pismeno, svako pitanje se jednako vrednuje, s tim da se pojedino pitanje može vrednovati kao netočno (0 bodova), djelomično točno (1 bod) i potpuno točno (2 boda). Studenti moraju postići prosjek od 50% svih bodova. Ispit se polaže u jesenskom ispitnom roku, ako kolegij nije položen preko kolokvija. Ocjena se određuje iz ukupnog rezultata dobivenog tako da se rezultat ispita ili kolokvija pomnoži s 0,8, rezultati na laboratorijskim vježbama s 0,13, a rezultati tjednih testova na predavanjima s 0.07. Tako dobiveni rezultat se pretvara u ocjene: 0-50% nedovoljan 50-62,5% dovoljan 62,5-75% dobar 75-87,5% vrlodobar 87,5-100% izvrstan (odličan)

1. testovi i kolokviji, konzultacije, samostalni rad u laboratoriju i samostalno učenje