2025/2026
Архитектура вычислительных систем и нейроускорителей
Статус:
Маго-лего
Кто читает:
Департамент электронной инженерии
Когда читается:
3, 4 модуль
Охват аудитории:
для своего кампуса
Преподаватели:
Коновальцев Антон Вячеславович
Язык:
русский
Контактные часы:
60
Программа дисциплины
Аннотация
В рамках курса студенты изучают принципы построения вычислительных систем и современные архитектуры. Изучаются основы цифровой схемотехники, типовые логические устройства, методы описания и моделирования цифровых устройств, основы языков описания аппаратуры VHDL, Verilog и System Verilog, программы TestBench, среды моделирования цифровых устройств, понятие IP-блока, интерфейсы вычислительных систем UART, RS-232, RS-485, RS-422, USB,CAN, Ethernet, VGA, DVI, HDMI, DisplayPORT, PCI, PCI-Express, AXI, AMBA, Avalon, запоминающие устройства и типы памяти, иерархическая организация компьютера, понятие языка и виртуальной машины, интерпретация и трансляция, логическая эквивалентность аппаратного и программного обеспечения, архитектура и организация компьютера, гарвардская архитектура и архитектура Фон Неймана, принцип программного управления, основные элементы программной архитектуры, форматы представления данных, понятие центрального процессора, структура и форматы машинных команд, CISC и RISC архитектуры процессоров, VLIW архитектура, методы обеспечения параллелизма на уровне команд и многоядерные процессоры, архитектура процессорных ядер ARM и Risk V, понятие сопроцессора. Понятие графического процессора GPGPU, понятие нейропроцессора NPU, архитектура Google TPU.
Цель освоения дисциплины
- Формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием теоретических знаний в области архитектур вычислительных систем
- Получение практических навыков в области выбора архитектуры вычислительной системы, наилучшим образом раскрывающего потенциальные возможности заданного алгоритма с учётом заданных требований к программному обеспечению
- Получение практических навыков проектирования цифровых устройств с использованием языков описания аппаратуры (VHDL, System Verilog)
- Получение студентам навыков самостоятельной исследовательской и инженерной работы, предполагающей изучение специфических методов моделирования архитектур вычислительных систем и устройств искусственного интеллекта, функционирующего на них программного обеспечения
Планируемые результаты обучения
- Владеть методами представления числовой информации в вычислительных системах
- Владеть методами обработки числовой информации в вычислительных системах
- Владеть методами обмена информацией между компонентами вычислительных систем
- Владеть методами проектирования и моделирования цифровых устройств и вычислительных систем
- Уметь оценивать компьютерные архитектуры вычислительных систем в точки зрения комплексных критериев качества
- Владеть методами анализа потоков данных в вычислителях различной архитектуры
- Владеть инструментами замера времени в программных реализациях алгоритмов
- Владеть основами технологий разработки программ для заданных архитектур вычислителей
Содержание учебной дисциплины
- Введение. Основные понятия
- Методы описания и моделирования цифровых устройств
- Запоминающие устройства
- Интерфейсы вычислительных систем
- Архитектура и организация компьютера
- Центральный процессор
- CISC и RISC архитектуры
- Архитектура процессорных ядер ARM и Risk V
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Архитектура компьютера, Таненбаум, Э., 2014
- Логическое проектирование и верификация систем на SystemVerilog, Томас, Д., 2019
- Основы языка VHDL : учеб. пособие для вузов, Бибило, П. Н., 2012
- Цифровая схемотехника : учеб.пособие, Угрюмов, Е. П., 2001
Рекомендуемая дополнительная литература
- Основы языка проектирования цифровой аппаратуры Verilog, Соловьев, В. В., 2014
- Цифровая схемотехника и архитектура компьютера: RISC-V, Харрис, С. Л., 2022