Základy počítačov

Prednášky 2022

• 19.09. Základy číslicových počítačov. Zobrazenie informácie v počítači. Analógové (spojité) a číslicové (diskrétne) zobrazenie informácií. Údajové typy a ich zobrazenie. Číselné a znakové kódy. Základné aritmetické operácie - číselne sústavy (binárna, dekadická, hexadecimálna) (slajdy)
  • Film 2001: A Space Odyssey (1968) directed by Stanley Kubrick, based on a novel by Arthur C. Clarke.
• 26.09. Ukladanie informácií v počítači. Kódy ASCII a Unicode, Big Endian, Little Endian. Reálne čísla s pohyblivou rádovou čiarkou, IEEE-754. (slajdy)
  Úvod do programovania mikropočítača BBC micro:bit (slajdy)
  • Film The Imitation Game
  • Angela Watercutter How Designers Recreated Alan Turing's Code-Breaking Computer for Imitation Game. Wired, 2104.
  • Doplnok k formátom s plávajúcou desatinnou čiarkou
  • Pentium fdiv bug
  • Ariane 5 - opis nehody (video)
  • Patriot system timing error
• 03.10. Kombinačné logické obvody. Boolova algebra, DeMorganove pravdilá. Pravdivostná tabuľka, logická schéma, úplný systém logických funkcií. Analýza a syntéza logických obvodov. Polovičná a úplná sčítačka. (slajdy)
  Úvod do programovania mikropočítača BBC micro:bit (slajdy)
  • Robert Keim: What Is an FPGA? An Introduction to Programmable Logic. 2018
  • Film Back to the Future a scéna so zosilňovačom
  • Stránka micro:bit

• 11. 10. Spínacie obvody. Relé, elektrónka, tranzistor, integrovaný obvod. Moorov zákon. (slajdy)
  • Datasheet obvodu 7400
  • Moorov zákon: video
• 18.10. Sekvenčné obvody. Oneskorenie. Spätná väzba, oscilátor. Kybernetika. (slajdy)
  • Z histórie kybernetiky u nás
  • Norbert Wiener - video

•  5. 11. Pamäte. Rýchlosť, cena, kapacita. Typy pamätí RWM, ROM, EPROM, EEPROM, FLASH. Adresovanie, dynamická a statická pamäť. (slajdy)
  Stavové diagramy a BBC micro:bit (slajdy)
  • Timeline of computer memory
  • Static RAM 2114 1kB datasheet
  • EEPROM 2708 1kB datasheet
• 12. 11. Georg Jaggle, TU Wien: Inputs and outputs ((Lecture in english). Vstupy a výstupy. Digitálny vstup, výstup, displej, klávesnica, multiplexovanie. ((slajdy))
  • Úvodné video Matrix - computer interface
  • Video z prezentácie Timo Boll vs. robot
  • Romeo humanoid robot grasping demonstration
  • Blue Danube Airskin collaborative robotics
  • Paro therapeutic robot
  • Thymio educational robot
• 19. 11. Základná stavebné prvky procesora. Operačná a riadiaca časť procesora. Inštrukčný súbor. Typy inštrukcií. (slajdy)
  • Frederico Faggin: Making of the First Microprocessor.
  • Zoom Into a Microchip - National Informal STEM Education Network (NISE Net)
  • Papierový počítač CGS
• 26. 11. Mikroprocesor II. Matematický koprocesor. Inštrukčný súbor. Typy inštrukcií. Formát inštrukcie. Inštrukcie - práca s pamäťovým systémom počítača. Spôsoby adresácie. Procesory s architektúrou RISC a CISC. Asembler, jazyk symbolických adries, simulátor a emulátor. (slajdy)
  • Jednodoskový počítač PMI-80
  • Osobný počítač PMD-85
  • Školský robot KOLKA
  • Aritmetický koprocesor i8087
  • Ťahák na cvičenia s výberom inštrukcií
• 3. 12. Mikroprocesor III. Zásobník, prerušenie, podprogramy. Hierarchia počítačov, mainframe, workstation, embedded. Meranie výkonu počítačov.(slajdy)
  • Zoznam 500 najvýkonnejších počítačov na svete
  • Superpočítač CRAY-2
  • Milión bodiek
  • Meranie výkonu počítačov
• 10.12. William Carbone, IBM: Towards Augmented Intelligence. Tools and Skills for the Cognitive Era. Invited lecture.
  • slajdy
  • IBM Watson Academy (free online courses)
  • Link to IBM Cloud (1 month free, ask me for promo codes to prolong it)
  • Smart Wildlife project
  • Use The Force - Move a BB-8 with Your Mind
  • Quantum computing
  • Tanmay Bakshi video
    • Tanmay Bakshi: books
  • Text analyzer demo
  • Free Cognitive Courses and Lessons
  • IBM Centennial Film 100 X 100 A century of achievements that have changed the world

• .11. Vstupno-výstupných podsystém. I/O karty. Paralelný port. Vstup a výstup logických a číslicových hodnôt (slajdy).
• .12. Prenos údajov. Zbernicová architektúra počítača. Zbernice. Sériové rozhranie a UART. Jednoprocesorové a viacprocesorové zbernice, arbitrácia prístupu. Multiplexovaná zbernica. Príklady štandardných zberníc (slajdy).
• .12. William Carbone, IBM: Computing: vision for the Future. Invited lecture. History and status now. Limits and beyonds. Computers as a service. Future challenges: blokchain, quantum computing, cognitive computing, clouds and services, internet of things. More information...
  • slajdy
  • History of computers - partI.
  • History of computers - partII.
  • IBM Watson Academy (free online courses)
  • Link to IBM Cloud (1 month free, ask me for promo codes to prolong it)
  • AI Music by IBM Watson
  • Video Johna Cohna, ktoré sme nevideli:
    • https://youtu.be/I-NT1-BdOvI
    • https://www.youtube.com/watch?v=qxRM99LlcVc

   --> Slajdy z prednášok.

Literatúra

Zoznam odporúčanej študijnej literatúry:

• David Patterson John Hennessy: Computer Organization and Design ARM Edition. 1st Ed. Morgan Kaufmann, 2016. ISBN: 9780128017333
• Tibor Krajčovič: Počítače. Vydavateľstvo STU, Bratislava, 2000. Skriptá sú dostupné v knižnici FEI STU.

Internetové zdroje:

• https://www.root.cz/serialy/co-se-deje-v-pocitaci/

Cvičenia

Prvé štyri cvičenia budú on-line a potom sa uvidí. V prípade prezenčnej výučby sú cvičenia plánované v CPU (učebňa D-010).

Cvičenie 1

Teória: Číselné sústavy Príklady: Prevody medzi číselnými sústavami

Úlohy:

1. prihlásiť sa na PC dočasným heslom a nájsť si v AISe mail s vlastným prihlasovacím menom a heslom.
2. prihlásiť sa svojim menom a heslom
3. vyskúšať si Eduroam meno a heslo
4. nájdite si v AISe vstupný testík a vyplňte ho
5. webstránka predmetu bude http://senzor.robotika.sk - prvá ikonka vľavo hore v tabuľke ZPOC
6. Riešime príklady na prevody DEC-BIN-HEX-ASCII: Prevody medzi číselnými sústavami

Cvičenie 2

Teória: Aritmetické operácie v dvojkovej sústave

Úlohy:

1. počítame jednoduché príklady Aritmetika v dvojkovej sústave
2. počítame príklady Kódy a kódovanie
3. počítame príklady Zobrazenie čísel v počítači
4. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Viac informácií: Khan Academy

Cvičenie 3

Základy programovania.

Úlohy:

1. Práca so simulátorom pre mikropočítač - návody: BBC micro:bit.
            → Link do programovacieho prostredia
2. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

 

Cvičenie 4

Teória: Logické obvody

Úlohy:

1. Kombinačné logické obvody
2. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Cvičenie 5

Základy programovania.

Práca so simulátorom pre mikropočítač (slajdy z prednášky)
         → Link do programovacieho prostredia

Úlohy:

1. Naprogramujte hru kameň, papier, nožnice
2. Naprogramujte niektorú logickú funkciu premenných A a B
3. Naprogramujte ovládanie interiérového svetielka v aute (ľavé/pravé dvere a pri pohybe zhasne)
4. Naprogramujte tester reakčnej doby (náhodne sa rozsvieti A alebo B a hráč musí stlačiť korešpondujúce tlačidlo, pričom sa zmeria čas od zobrazenia po stlačenie)
5. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

 
ToDo: napr. svetielko v aute - lave tlacidlo su lave dvere, prave su prave dvere, pripadne este nieco tretie je ignition,
 

Cvičenie 6

Teória:

• Sekvenčné obvody alebo Sequential Logic Circuits
• https://technobyte.org/flip-flops-latches-designing-truth-tables/

Úlohy:

1. Sekvenčné logické obvody
2. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Cvičenie 7

Základy programovania.

Práca so simulátorom pre mikropočítač BBC micro:bit
         → Link do programovacieho prostredia

Úlohy:

1. Stavové diagramy s micro:bit
2. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

 

Cvičenie 8

Laboratórne cvičenie.

Úlohy:

1. Zapojte a odmerajte vlastnosti kombinačných a sekvenčných obvodov podľa návodu Meranie logických obvodov

Cvičenie 9

Mikroprocesor.

Úlohy:

1. Práca so simulátorom ASM80 pre mikropočítač
2. Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

 

Cvičenie 10

Senzory na micro:bit

Úlohy:

1. Senzory na mikropočítači micro:bit
2. Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Cvičenie 11

Komunikácia s micro:bitmi

Úlohy:

1. Komunikácia a micro:bit‎‎
2. Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Cvičenie 12

Tímová práca

Úlohy:

1. Na začiatku cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
2. Bežiaci text s micro:bit‎‎‎‎

Podmienky absolvovania predmetu

1. Znalosť odprezentovanej problematiky
2. absolvovanie všetkých cvičení (max. 1 ospravedlnená neúčasť)
3. vypracovanie všetkých testíkov aspoň na polovicu na primeraný počet bodov
4. Získanie potrebného počtu bodov na skúške (min. 50% písomky)

Prácu študenta kontroluje a body udeľuje cvičiaci daného krúžku.

Kontakty

Za menom je uvedené pracovisko a miestnosť. Zamestnanci STU majú e-mailové adresy v tvare meno.priezvisko@stuba.sk

Vyučujúci:

• Ing. Richard Balogh, PhD. (UAMT, D-110)
• Ing. Štefan Chamraz, PhD. (UAMT, D-108)
• Ing. Račkay, Ing. Belai a Ing. Pacek - doktorandi