Základy počítačov
Zo stránky SensorWiki
Novinky
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.
Čierna skrinka
- Čierna skrinka - odtiaľto môžete anonymne posielať svoje otázky a pripomienky.
Prednášky
- 24.09. 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)
- 01.10. 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.
- Stránka micro:bit
- 08.10. 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)
- Súťaž NxP Cup
- Doplnok k formátom s plávajúcou desatinnou čiarkou
- Pentium fdiv bug
- Ariane 5 - opis nehody (video)
- Patriot system timing error
- Robert Keim: What Is an FPGA? An Introduction to Programmable Logic. 2018
- Film Back to the Future a scéna so zosilňovačom
- 15. 10. Spínacie obvody. Relé, elektrónka, tranzistor, integrovaný obvod. Moorov zákon. (slajdy)
Úvod do programovania mikropočítača BBC micro:bit (slajdy) - 22.10. Sekvenčné obvody. Oneskorenie. Spätná väzba, oscilátor. Kybernetika. (slajdy)
- 29. 10. Prednáška odpadla
- 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)
- 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:
--> 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:
Cvičenia
Cvičenia prebiehajú v CPU (učebňa C-119).
Cvičenie 1
Teória: Číselné sústavy Príklady: Prevody medzi číselnými sústavami
Úlohy:
- prihlásiť sa na PC dočasným heslom a nájsť si v AISe mail s vlastným prihlasovacím menom a heslom.
- prihlásiť sa svojim menom a heslom
- vyskúšať si Eduroam meno a heslo
- nájdite si v AISe vstupný testík a vyplňte ho
- webstránka predmetu bude http://senzor.robotika.sk - prvá ikonka vľavo hore v tabuľke ZPOC
- Riešime príklady na prevody DEC-BIN-HEX-ASCII: Prevody medzi číselnými sústavami
Cvičenie 2
Teória: Aritmetické operácie v dvojkovej sústave
Úlohy:
- počítame jednoduché príklady Aritmetika v dvojkovej sústave
- počítame príklady Kódy a kódovanie
- počítame príklady Zobrazenie čísel v počítači
- 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
Viac informácií: Khan Academy
Cvičenie 3
Základy programovania.
Úlohy:
- Práca so simulátorom pre mikropočítač - návody: BBC micro:bit.
→ Link do programovacieho prostredia - 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
Cvičenie 4
Teória: Logické obvody
Úlohy:
- Kombinačné logické obvody
- 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:
- Naprogramujte animáciu na reálnej micro:bit doštičke
- Naprogramujte hru kameň, papier, nožnice
- Naprogramujte aspoň dve rozličné logické funkcie premenných A a B
- Naprogramujte tester reakčnej doby (náhodne sa rozsvieti A alebo B a hráč musí stlačiť korešpondujúce tlačidlo, pričom sa zmeria čas od zobrazenia po stlačenie)
- 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
Cvičenie 6
Teória: Sekvenčné obvody
Úlohy:
- Sekvenčné logické obvody
- 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:
- Stavové diagramy s micro:bit
- 15 min. pred koncom cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
Cvičenie 8
Laboratórne cvičenie.
Úlohy:
- Zapojte a odmerajte vlastnosti kombinačných a sekvenčných obvodov podľa návodu Meranie logických obvodov
Cvičenie 9
Mikroprocesor.
Úlohy:
- Práca so simulátorom ASM80 pre mikropočítač
- 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:
- Senzory na mikropočítači micro:bit
- Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
Cvičenie 11
Komunikácia s micro:bitmi
Úlohy:
- Komunikácia a micro:bit
- Na konci cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
Cvičenie 12
Tímová práca
Úlohy:
- Na začiatku cvičenia sa prihláste do AISu a vypracujte test
- Bežiaci text s micro:bit
Domáce úlohy
Téma komunikácie, ktorú sme na prednáškach nestihli prebrať ostáva na domáce naštudovanie. K dispozícii máte text 2. kapitoly z knižky, ten treba naštudovať a naučiť sa podstatné pojmy. Otázky z tejto kapitoly samozrejme tiež môžu byť na skúške.
- Balogh, Bélai, Dorner, Drahoš: Priemyselné komunikácie. STU, 2001.
Bonusové príklady
Za vyriešenie týchto úloh môžete získať okrem dobrého pocitu aj bonusové body. Nezíska ich každý, ale ten, kto ako prvý pošle ich riešenie na adresu balogh@elf.stuba.sk Ak budú riešenia aj s postupom a tie budú dostatočne odlišné, môžu bonusové body získať aj viacerí. Prečiarknuté body znamenajú, že úlohu môžete stále ešte riešiť sebe pre radosť, ale body, žiaľ, už nedostanete.
1. (1 bod) Riešenie nasledovného problému v šestnástkovom kráľovstve vám pomôže udržať bdelosť aj na zvyšku cvičenia 12648430DEC.
2. (1 bod) Vysvetlite, prečo programátori oslavujú vianoce už 30 októbra (pomôcka: 30 OCT = ??)
3. (2 body) Naprogramujte na micro:bite takú hraciu kocku (1-6), na ktorej bude šestka padať trikrát tak často ako ostatné čísla. Pošlite program v
javascripte, alebo screenshot programu v blokoch.
4. (2 body)
Záhadné skrinky slečny Portie
V Shakespearovej hre Kupec Benátsky kupci vystupuje krásna, mladá a vzdelaná žena, Portia.
Pytačov trápi troma skrinkami - zlatou, striebornou a olovenou - v jednej z nich je obrázok
s podobizňou krásnej Portie. Nápadník, ktorý by chcel získať Portiu za ženu, musí najprv
určiť, v ktorej skrinke sa podobizeň nachádza. Ak bude mať šťastie (alebo je dostatočne múdry)
a uhádne, smie sa s ňou oženiť. Na vrchnáku každej skrinky je nápis, ktorý mu má pri voľbe napomôcť.
Portia dala na skrinky tieto nápisy:
Zlatá Strieborná Olovená OBRAZ OBRAZ OBRAZ JE V TEJTO NIE JE V TEJTO NIE JE V ZLATEJ SKRINKE SKRINKE SKRINKE
Nápadníkovi prezradila, že z tých troch nápisov je pravdivý nanajvýš jeden. Ktorú skrinku si mal nápadník vybrať?
5. (2 body) Pre adresovanie počítačov v siet internet sa používa IPv6 adresa, ktorá
pozostáva z 8 skupín štvorciferných hexadecimálnych číslic oddelených dvojbodkami, napríklad
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
Sledovaním sieťovej komunikácie na podozrivom počítači pomocou binárneho analyzátora sme zistili, že najčastejšie komunikuje s nasledovným serverom
0010 1010 0000 0011 : 0010 1000 1000 0000 : 0010 0001 0011 0000 : 1100 1111 0000 0101 : 1111 1010 1100 1110 : 1011 0000 0000 1100 : 0000 0000 0000 0000 : 0000 0000 0000 0000
Preveďte binárny tvar na hexadecimálny a pomocou služby https://ipinfo.io/ zistite, s kým vlastník počítača komunikoval.
6. (3 body) V ktorej sústave je toto pravda? (doplnok: napíšte všetky sústavy v ktorých to je pravda)
a) 10 + 11 = 101 b) 10 + 11 = 21 c) 1 + 1 = 3
7. (1 bod) Prečo sa Marián zľakol čísla 57005?
8. (5 bodov)
Jedna z prvých expedícií na Mars tam našla zvyšky civilizácie. Z rozličných artefaktov a obrázkov, ktoré tam našli, si vedci odvodili, že tvory, ktoré tu žili mali podobu štvornohých bytostí s jedným chápadlom, ktoré sa na konci rozvetvovalo na nezistený počet "prstov." Po ďalších hľadaniach a čiastočnej analýze marťasnkého písma boli prieskumníci schopní preložiť marťanskú matematiku. Našli nasledujúcu rovnicu:
5x2 - 50x + 125 = 0
pri ktorej boli ako riešenia uvedené x = 5 a x = 8. Prvý výsledok sa zdá byť správny, ale druhý nie. Medzi vedcami bol aj jeden, ktorý našiel dôkazy o tom, že Marťania sa ku svojmu číselnému systému dostali postupne veľmi podobne ako aj my. Čo myslíte, koľko prstov mali Marťania? (Z Bent z Tau Beta Pi , Február 1956).
9. (2 body)
Záhadné skrinky slečny Portie
Nápadník nielen že úlohu správne vyriešil, ale sa Portii aj zapáčil a tak si ho vzala za muža. Lenže po istej dobe jej to nejako začalo vŕtať v hlave a zdalo sa jej, že tá úloha bola predsa len príliš jednoduchá a že ten jej manžel možno až taký múdry ani nie je. A začala vymýšlať, že ak neuhádne ani druhú hádanku, tak si nájde niekoho iného. Manželovi neostalo nič iné, len podvoliť sa Porciiným vrtochom.
Zlatá Strieborná Olovená OBRAZ OBRAZ OBRAZ NIE JE v STRIEBORNEJ NIE JE v TEJTO JE V TEJTO SKRINKE SKRINKE SKRINKE
Prezradila mu, že z tých troch nápisov je aspoň jeden pravdivý a aspoň jeden nepravdivý. Ktorú skrinku
si mal manžel vybrať?
Ako to už býva, manžel bol naozaj šikovný, uhádol aj tentoraz. Porciu potom prehol cez koleno a poriadne jej naplácal, takže ju vymýšľanie prešlo a žili si šťastne až do smrti.
11. (5 bodov)
Čo robí tento program?
ORG 0030h
DB 1,7,1,3,2
DB 4,8,7,2,1
ORG 0000h
MVI B,09 ; Initialize counter
START: LXI H,0030h ; Initialize memory pointer
MVI C,09H ; Initialize counter 2
BACK: MOV A,M ; Get the number
INX H ; Increment memory pointer
CMP M ; Compare number with next number
JC SKIP ; If less, don’t interchange
JZ SKIP ; If equal, don’t interchange
MOV D,M
MOV M,A
DCX H
MOV M,D
INX H ; Interchange two numbers
SKIP: DCR C ; Decrement counter 2
JNZ BACK ; If not zero, repeat
DCR B ; Decrement counter 1
JNZ START
HLT ; Terminate program execution
</source>
12. (4 body)
V učebnici Digital Design od Johna Wakerlyho je popísaný návrh konečného stavového automatu pre riadenie koncových blinkrov Fordu Thunderbird (rok výroby 1965). Ako rozcvičku si môžete takéto koncové svetlá naprogramovať na micro:bite. Ale úloha za 4 body je trocha komplikovanejšia: autor knihy mal presne takýto typ auta a poznávaciu značku nakreslil presne podľa tej svojej. Viete vysvetliť, čo znamená? Ak áno, potom viete aké písmeno bude nasledovať.
13. (3 body) Pri riešení úloh v assembleri ste sa zrejme potrápili, kým ste zistili, že na výmenu dvoch
premenných potrebujete ešte tretiu, pomocnú. Zapísané napríklad v C-čku, takto:
a = 10;
b = 20;
tretia = a;
a = b;
b = tretia;
Napriek tomu sa však táto úloha dá vyriešiť aj bez tej pomocnej premennej. Stačí vedieť sčítať a odčítať. Prídete na to ako?
14. (1 bod) Koľko jadier má súčasný najvýkonnejší počítač na svete?
10. (4 body)
Nasledovný program zoberie číslo, ktoré nájde v registri D, analyzuje ho a výsledok uloží do registra B. Čo je výsledkom tohoto programu? Čo analyzuje?
MVI B, 00h
MVI C, 08h
MOV A, D
BACK: RAR
JNC SKIP
INR B
SKIP: DCR C
JNZ BACK
HLT
15. (2 body)
Záhadné skrinky slečny Portie
Nielen že žili šťastne až do smrti, ale mali aj dcéru, ktorá bola pekná, múdra a šikovná a celá po mame. Samozrejme, že keď prišlo na vydaj, spravila presne to isté, čo jej podarená mamička. Nápadníka postavila pred tri skrinky na ktorých boli vždy až dva nápisuy. Prezradila mu len toľko, že ani na jednej skrinke nie je viac ako jedno nepravdivé tvrdenie. Nápadník sa samozrejme začal hnevať, odkiaľ má vedieť, skadiaľ pochádza chlapík, čo ju maľoval, ale keď vychladol, napokon si poradil. A vy?
Zlatá Strieborná Olovená (1) TU OBRAZ (1) OBRAZ NIE JE (1) OBRAZ NIE JE NIE JE v ZLATEJ SKRINKE V TEJTO SKRINKE (2) PORTRÉTISTA (2) PORTRÉTISTA (2) OBRAZ JE JE Z BENÁTOK JE Z FLORENCIE V STREIBORNEJ SKRINKE
Ktorú skrinku si má nápadník vybrať, aby v nej naisto našiel portrét milovanej Porcie?
16. (2 body)
Logická hádanka
Aký je výsledný kód tejto hádanky https://imgur.com/a/PQqou ?
Podmienky absolvovania predmetu
- Znalosť odprezentovanej problematiky
- Získanie zápočtu z cvičení
- Získanie potrebného počtu bodov na skúške (min. 50% písomky)
Podmienky na udelenie zápočtu:
- absolvovanie všetkých cvičení (max. 1 ospravedlnená neúčasť)
- vypracovanie všetkých testíkov
aspoň na polovicuna primeraný počet bodov
Prácu študenta kontroluje a zápočty udeľuje cvičiaci daného krúžku.
Kontakty
Za menom je uvedené pracovisko, miestnosť a konzultačné hodiny. Zamestnanci STU majú e-mailové adresy v tvare meno.priezvisko@stuba.sk
Vyučujúci:
- Ing. Richard Balogh, PhD. (UAMT, D-110, piatok 12:00 - 13:00)
- Ing. Štefan Chamraz, PhD. (UAMT, D-108, štvrtok 14:00 - 15:00)
- Ing. Igor Belai, PhD. (UAMT, D-126, streda 13:00 - 14:00)