Základy počítačov

Novinky

• 10. 9. Aktualizácia na ZS 2024

Opakovanci: uznavanie predmetu

Ak ste tento predmet už absolvovali minulý rok, môžete požiadať o jeho uznanie a nemusíte tak navštevovať cvičenia znova. Prosím, vyplňte si takúto žiadosť, kde uvediete, že žiadate o uznanie predmetu (prípadne aj všetky, z ktorých máte A, B alebo C) a zanesiete to na PgO. Takéto žiadosti pán prodekan potom bez problémov schvaľuje a je to úplne v poriadku aj z hľadiska účasti na výučbe a pod. Nemusíte potom už nič ďalšie riešiť, rovno máte zapísanú známku v indexe. V prípade, že vám predmet nebol uznaný, musíte riadne navštevovať prednášky aj cvičenia.

Prednášky 2024

• 16. 09. 1️⃣ 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.
    
    

Prednášky z minulého roka

• 25. 09. 2️⃣ Ukladanie informácií v počítači. Kódy ASCII a Unicode, Big Endian, Little Endian. Reálne čísla s pohyblivou rádovou čiarkou, IEEE-754. (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 1, video 2)
  • Patriot system timing error
    
    
• 02. 10. 3️⃣ 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) (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
    
    
• 09. 10. 4️⃣ Spínacie obvody. Relé, elektrónka, tranzistor, integrovaný obvod. Moorov zákon. (slajdy)
  • Datasheet obvodu 7400
  • Moorov zákon: video
  • Simulátor simulator.io
    
    
• 16.10. 5️⃣ Sekvenčné obvody. Oneskorenie. Spätná väzba, oscilátor. Kybernetika. (slajdy)
  • Z histórie kybernetiky u nás
  • Norbert Wiener - video
  • Shannon: Theseus demo - video
    
    
• 23. 10.6️⃣ 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
  • Film TRON (1982) a remake TRON Legacy (2010)
  • Men In Black 3 | Retro Neuralyzer Scene
    
    
• 30. 10. 7️⃣ 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
    
    
• 6. 11. 8️⃣ 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
    
    
• 13. 11. 9️⃣ 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
    
    
• 20. 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

• 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).

   --> Slajdy z prednášok.

Literatúra

Zoznam odporúčanej študijnej literatúry:

• Sarah L. Harris and David M. Harris: Digital Design and Computer Architecture. Morgan Kaufman, 3rd ed., 2016. ISBN: 9789382291527
• David Patterson and 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.
• Richard Balogh: Vybrané kapitoly z mikropočítačov: I. časť: Hardware. Bratislava: Vydavateľstvo Spektrum STU, 2023. ISBN 978-80-227-5285-5. Skriptá sú dostupné v knižnici FEI STU.

Internetové zdroje:

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

Cvičenia

Cvičenia prebiehajú prezenčne v učebni D-010 a D-119 (výpočtové stredisko) podľa rozvrhu. V prípade choroby alebo inej opodstatnenej neprítomnosti si môžete cvičenie nahradiť v ľubovoľnom inom termíne v danom týždni.

Cvičenie 1

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. webstránka predmetu bude http://senzor.robotika.sk - prvá ikonka vľavo hore v tabuľke ZPOC
4. Riešime príklady na prevody DEC-BIN-HEX-ASCII: Prevody medzi číselnými sústavami
5. nájdite si v AISe vstupný testík a vyplňte ho

Teória k cvičeniam: Číselné sústavy Príklady: Prevody medzi číselnými sústavami

Cvičenie 2

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

Teória k cvičeniam: Aritmetické operácie v dvojkovej sústave alebo aj Khan Academy

Cvičenie 3

Základy programovania.
Návody: BBC micro:bit.
         → Link do programovacieho prostredia

Úlohy:

1. Programy pre micro:bit
   1. naprogramujte jednoduchú animáciu
   2. naprogramujte jednoduché minutky počítajúce smerom nadol
   3. naprogramujte hraciu kocku
   4. vyskúšajte, ako funguje Matematika a micro:bit‎‎
2. 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Cvičenie 4

Úlohy:

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

Teória: Logické obvody

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 (pozri napr. Logic Lab)
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

Cvičenie 6

Úlohy:

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

Teória k cvičeniam:

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

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

ToDo 2023: ak nestihnete zmerať všetky úlohy na cvičení, môžete si ich prísť domerať do D-219 vo vymedzenom čase.

1. Keď to zvládnete, stačí k dvom obvodom z cvičenia pridať ešte 32 a máte hotový celý 8-bitový mikropočítač... Kliknutím na obrázok získate kompletný návod :)

Cvičenie 9

Mikroprocesor.

Úlohy:

1. ZPOC 9: Základy programovania v strojovom kóde (old version)
2. Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

Zabudnuté inštrukcie

Ižinieri v Silicon Valley našli v archívoch dokument, z ktorého vyplýva, že niektoré assemblerovské inštrukcie, ktoré autori procesorov vytvorili sa napokon do procesorov nedostali. Ktovie prečo?

    BPDI    Be Polite, Don't Interrupt
    CLD     Call a Doctor
    CRB     Crash and Burn
    CRN     Convert to Roman Numerals
    DAC     Divide And Conquer
    DMNS    Do what I Mean, Not what I Say
    EPI     Execute Programmer Immediately
    GE      Generate  Error
    IBP     Insert Bug and Proceed
    IAN     Illogical AND
    IOR     Illogical OR
    JBW     Jump Both Ways
    JPO     Jump on Power Off
    JRA     Jump to Random Address
    LLI     Lose Last Instruction
    RNR     Rather Not Run
    RPM     Read Programmer's Mind
    SWOM    Store in Write Only Memory

 

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 2023 (staré verzie: Komunikácia a micro:bit‎‎ alebo Bezdrôtová komunikácia a micro:bit‎‎ )
2. Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
3. Okrem toho môžete vypracovať všetky testy, ktoré ste zameškali v priebehu semestra

Cvičenie 12

Robotický simulátor

Úlohy:

1. Robotický simulátor PRIA IDE
2. Link do programovacieho prostredia
3. Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test

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. Račkay, Ing. Belai, Ing. Hlavatý a Ing. Michalovič - doktorandi