Cursus Computerarchitectuur: processors, geheugen en prestaties

Wat je leert in 6 lessen

1. 1

   Computerprestaties

   Begin hier

   Leg de abstractielagen van applicaties tot transistors uit en meet prestaties met uitvoeringstijd, cycli per instructie (CPI), klokfrequentie en de wet van Amdahl.

   5 leerdoelen

   Wat je leert

   1. 1.Beschrijf de lagen van een computersysteem en de interface tussen hardware en software
   2. 2.Definieer en meet computerprestaties
   3. 3.Voorspel de uitvoeringstijd met de CPU-prestatieformule
   4. 4.Gebruik de wet van Amdahl om de winst van een verbetering te schatten
   5. 5.Leg de vermogensgrens en de overstap naar multicoreprocessors uit
2. 2

   Instructiesets en assembleertaal

   Lees en schrijf eenvoudige RISC-V-assembleertaal, en leg uit hoe instructies, registers, geheugenadressering en procedureaanroepen code in een hogere programmeertaal implementeren.

   6 leerdoelen

   Wat je leert

   1. 1.Beschrijf hoe instructies, registers en geheugenoperanden werken
   2. 2.Voer berekeningen en vergelijkingen uit en stuur het programmaverloop
   3. 3.Codeer en decodeer RISC-V-machine-instructies
   4. 4.Implementeer procedureaanroepen met registers en de stack
   5. 5.Volg een programma van broncode tot een actief proces
   6. 6.Vergelijk RISC- en CISC-instructiesetontwerpen
3. 3

   Rekenen met computers

   Leg uit hoe hardware gehele getallen optelt, aftrekt, vermenigvuldigt en deelt, hoe die overloop detecteert en hoe die drijvendekommagetallen voorstelt en afrondt.

   5 leerdoelen

   Wat je leert

   1. 1.Tel gehele getallen op, trek ze af en detecteer overloop
   2. 2.Ontwerp een rekenkundig-logische eenheid
   3. 3.Vermenigvuldig en deel gehele getallen met hardware
   4. 4.Stel reële getallen voor als IEEE 754-drijvendekommagetallen
   5. 5.Reken met drijvendekommagetallen en rond ze af
4. 4

   Datapad en pipelining

   Volg instructies door een datapad dat elke instructie in één klokcyclus uitvoert en door een datapad met pipelining, en leg uit hoe conflicten worden afgehandeld met forwarding, wachtcycli en sprongvoorspelling.

   5 leerdoelen

   Wat je leert

   1. 1.Bouw een datapad dat elke instructie in één klokcyclus uitvoert
   2. 2.Ontwerp de besturingseenheid voor de processor die elke instructie in één klokcyclus uitvoert
   3. 3.Pas pipelining toe op het datapad
   4. 4.Detecteer dataconflicten en los ze op
   5. 5.Handel besturingsconflicten af en voorspel sprongen
5. 5

   Geheugenhiërarchie en caches

   Leg uit hoe caches lokaliteit benutten, bereken trefkansen en de gemiddelde geheugentoegangstijd, en beschrijf hoe virtueel geheugen en TLB's in de hiërarchie passen.

   6 leerdoelen

   Wat je leert

   1. 1.Leg uit waarom computers een geheugenhiërarchie gebruiken
   2. 2.Zoek gegevens in direct afgebeelde en set-associatieve caches
   3. 3.Leg cachemissers en schrijfstrategieën uit
   4. 4.Bereken cacheprestaties
   5. 5.Leg uit hoe virtueel geheugen en TLB's in de geheugenhiërarchie passen
   6. 6.Schrijf programma's die rekening houden met de cache
6. 6

   Parallelle processors

   Vergelijk parallellisme op instructie-, data- en threadniveau en leg uit hoe multicoreprocessors, GPU's en clusters werk verdelen en het geheugen coherent houden.

   5 leerdoelen

   Wat je leert

   1. 1.Leg uit waar parallellisme vandaan komt en hoe parallelle hardware wordt ingedeeld
   2. 2.Voorspel en meet de grenzen van de parallelle versnellingsfactor
   3. 3.Benut dataparallellisme met SIMD, vectorprocessors en GPU's
   4. 4.Deel geheugen tussen processorkernen en houd caches coherent
   5. 5.Leg uit hoe clusters en computers op datacenterschaal werk verdelen via netwerken