IT - Architecture and Organization of Digital Computers

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. Define basic parts of micro-computer and describe their function.
2. Define micro-processor and its position in relation to other electronic digital circuits, and also basic elements of its architecture.
3. Recognize and implement basic versions of programmable circuits which serve as building blocks of micro-processor technology.
4. Understand assembler programming.
5. Recognize basic problems and solutions when creating elements of micro-computer.
6. Gain starting knowledge for individual learning and participation in teams which create complex, micro-controller oriented solutions.

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