DM548: Computerarkitektur og systemprogrammering

Kurset introducerer den studerende til arkitekturen og organisationen af generelt anvendelige computere, fra logikniveauet over mikroprogramniveauet til det konventionelle ISA niveau. Desuden indføres de vigtige komponenter i lagerhierarkiet, kommunikations-arkitekturer og organiseringen af moderne pipelinede processorer. Derudover indføres de fundamentale aspekter af systemprogrammering.

Kurset bygger på kompetencer i programmering, concurrent programmering, algoritmer og datastrukturer, og giver et fagligt grundlag for at udvikle kompetencer i operativsystemer, netværk og sikkerhed, compiler-konstruktion og videregående systemprogrammering

I forhold til læringmålene i uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på:

• viden om principper for konstruktion af computerhardware og styresystemer, herunder distribuerede og parallelle systemer.
• at udvikle færdigheder i at programmere i flere typer programmeringssprog.
• at udvikle færdigheder i at konstruere større softwaresystemer.
• at udvikle færdigheder i at træffe og begrunde fagligt relaterede beslutninger.
• at udvikle færdigheder i at beskrive, formulere og formidle problemstillinger og resultater til enten fagfæller og ikke-specialister eller samarbejdspartnere og brugere.
• at give kompetence til at håndtere komplekse og udviklingsorienterede situationer i studie- og arbejdssammenhænge.
• at give kompetence til at identificere egne læringsbehov og strukturere egen læring i forskellige læringsmiljøer.

Efter kurset forventes det at den studerende har opnået følgende.

Viden om

• almindelige heltals- og flydende kommatals-repræsentationer.
• arkitekturen af computere i form af abstraktionslag.
• digital logik og Boolsk algebra.
• mikroarkitekturer og brugen af parallellismei moderne processorer.
• multikerne- og distribuerede arkitekturer.
• instruktionsætarkitekturer.
• assembly-sprog, herunder systemkald.
• organisationen af hardwarekomponenter (processorer, hukommelse, kommunikationsveje, eksterne enheder, osv.)
• I/O-enheder og afbrydelser (interrupts).
• egenskaberne og begrænsningerne for de forskellige lagerkomponenter, herunder deres adresseringstruktur.

Færdigheder i at

• fortolke elementære logikdiagrammer og sandhedstabeller, samt udtrykke funktionaliteten af basale processorkomponenter i form af sådanne diagrammer og tabeller.
• fortolke almindelige repræsentationer for binære heltal og flydende kommatal, og konvertering mellem disse.
• udtrykke funktionaliteten af en ISA-niveau instruktion ved fortolkning på en underliggende (mikro)arkitektur.
• designe og implementere simple programmer i et assembly-sprog.
• designe og implementere programmer i et systemprogrammeringssprog.

Kompetencer i at

• vurdere ydeevnen af et flerniveau lagerhierarki.
• forklare og diskutere udnyttelsen af parallelisme i moderne processorer, herunder brugen af pipelining, out-of-order udførsel, samt fordelingen af opgaver på flere funktionelle enheder.
• forklare og diskutere den interne organisation og de interne kommunikationsveje på et overordnet plan, herunder kommunikation med ydre enheder samt afbrydelser fra disse.
• vurdere den praktiske ydeevne for algoritmer.
• opnå videregående viden om computerarkitektur.

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder.

• Det digitale logikniveau, mikroarkitekturniveauet, herunder pipelining, cache-lagre, og andre ydelsesforbedringer.
• ISA-niveauets instruktiontyper, -formater og adresseringsmetoder, datatyper og talrepræsentationer samt assembly-programmering.
• Organisationen af computer-komponenter og deres sammenhæng.
• Et systemprogrammeringssprog, herunder variabler og operatorer, funktioner, pointere, rekursion, I/O, og basale datastrukturer.

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

• Introfase: 42 timer
• Træningsfase: 30 timer, heraf, opgavetimer: 14 timer og laboratorieøvelser: 16 timer
• Studiefase: 32 timer

Aktiviteter i studiefasen: anvendelse af den tilegnede viden i projekter.