Курс про эту вашу архитектуру

Цели, мотивация

• На ВМК не рассматриваются достижения в железостроении последних, like, 30 лет. А еслии рассматриваются (например, на курсах ВТ и ПОД), то весьма невнятно (личное суждение).
• Хочется этот пробел восполнить, рассказав студентам про то, что есть. А то люди кроме x86 ничего и не знают обычно, равно как нарисовать схему строения современной ВС не могут (да и не современной, обычно, тоже).

prerequisites

Считается, что студенты прослушали как минимум курс Архитектуры ЭВМ. Также желательны (но необязательны) прослушанные курсы ОС, БД, ВТ и ПОД (3 поток).

По форме

Есть мысль, что по объёму тут довольно много. Поэтому есть идея разбить это на две части: более обязательную и менее обязательную. В более обяхательную включать концепции, понятия и прочее, а в менее обязательную — все примеры и прочие вкусности. Так и читать, по три часа — первые полтора часа для энтузиастов (курс-то необязательный, и не факт, что вообще будет официальным матс/к), вторые полтора часа — для фанатов.

По таймлайну

Читать его, видимо, надо весной 2012. Оно более-менее совпадает со второй частью цикла курсов про этот ваш Linux, и является частично базой для курса по ядру, потому что много знаний из этого курса там потребуются.

Структура курса

• Основные задачи: представить, передавать и хранить информацию.
  • Вопрос кодирования информации; различимость состояний, передача состояний, хранение состояний
  • Механическое представление (шестерёнки)
  • Реле
  • Полупроводниковые транзисторы
    • Логические операции
    • Библиотека стандартных компонент
    • Реализация памяти
  • немного о передаче электрических сигналов
  • Понятие программы, архитектура
  • Обзор различных архитектур ВС
    • Любые классификации и систематизации условны; это скорее аспекты (базисные вектора)
    • Само разделение на процессор, чипсет, whatever тоже условно - есть схемы, которые по входу дают выход и хранят состояние; далее можно рассматривать функциональность отдельных частей и целого - особенно это хорошо видно на примере первых эвм с низкой интеграцией
    • Собственно, рассмотреть структуру вс на базе sparc, power, arm, mips, x86, ia-64, alpha, cell; soc, микроконтроллеры, dsp
• Процессор (программируемый исполнителя)
  • Общая схема работы
  • Различные улучшения: микрокоманды, конвейер, кэш данных, кэш команд, prefetch, branch prediction/спекулятивое исполнение, векторные команды
  • Обзор различных архитектур процессоров
• Память
  • Общее устройство памяти, виды памяти (sram, dram, а также прочие nand), схема работы
    • Ширина, глубина, задержки, количество портов/ассоциативность
  • Взаимодействие исполнителя и памяти
    • банки памяти
    • кеши
    • full buffered
  • Взаимодействие памяти и иных устройств (pio, dma)
  • Особенности: ecc
  • История: какая память была и бывает (sdram, ddr, rambus)
• Адресация
  • Собственно, адресация памяти
  • таблицы страниц
  • PAE
  • отображение памяти устройств, mmu, резервирование, shadowing.
• Процесс начальной загрузки
  • что происходит, когда появляется питание.
  • x86: bios, efi. post.
• устройства
  • взаимодействие устройств
    • порты ввода/вывода
    • отображение адресного пространства
    • dma
    • взаимодействие между устройствами
    • прерывания
  • интерфейсы подключения (обзор)
  • COM
  • LPT
  • ATA
  • SCSI
  • USB, SATA

  • FireWire, displayport

  • ISA, PCI, PCIe
  • HT
  • qpi
  • что характерно, тут нет ни видео (хотя оно будет в разделе пр PCI упомянуто), ни всяких езернетов с инфинибендами и FC. А всё потому, что оно в итоге подключается по одному из вышеозначенных интерфейсов
• Всякое
  • GPU: собственные процессоры, особенности работы
  • многопроцессорные системы
  • ethernet, ib
  • особенности embedded (переменная частота, power states, специфические шины, обзор архитектур)
  • ha: hotswap, redundancy

• Обзор предметной области, о чём будет рассказываться
  • Структура ВС
  • Архитектуры процессоров
  • Память
  • Периферия и интерконнект
• Исторический экскурс
  • Так как это классика ВМК — каждый курс начинать с подобного, то нужно рассказать ровно про то, про что в остальных курсах в рамках этой части не рассказывают.
  • Можно поднять книжку Королёва, но реально, видимо, стоит акцентировать внимание на power'ах, arm'ах и прочих mips'ах. Вообще, это такое краткое введение, которое должно больше показать, откуда что берётся
• Идеология
  • Код Петцольда
• Структура ВС
  • How to make things work
  • Процесс загрузки системы и что для него требуется
  • Что бывает
    • x86 испокон веков до наших дней
    • embedded (!!!)
    • Всякое интырпрайзное (power, sparc, system 360+?)
• Архитектуры процессоров
  • Чем занимается процессор
  • Исполнение команд
    • Тут особо смысла задерживаться нет — довольно подробно это рассматривается на Архитектурах ЭВМ. Хотя, конкретные примеры, типа армов-альф-мипсов-эпиков-паверов-спарков рассмотреть таки можно, равно как и современный IA-32, дабы показать его уродливость.
• Память
  • Какая бывает. Как устроена современная память.
  • Работа процессоров разных архитектур с памятью, механизмы защиты памяти.
• Периферия
  • какая периферия бывает. Просто обзор, подробно далее
  • Общие концепции работы процессора с периферией. Собственно, все сводится к двум вещам:
    • Управление периферией процессором.
    • Работа с памятью. Сюда всякое PIO-DMA-MMU.
  • COM
  • LPT
  • ATA
  • SCSI
  • USB, SATA

  • FireWire

  • ISA, PCI, PCIe
  • HT
  • что характерно, тут нет ни видео (хотя оно будет в разделе пр PCI упомянуто), ни всяких езернетов с инфинибендами и FC. А всё потому, что оно в итоге подключается по одному из вышеозначенных интерфейсов
• Всякое
  • GPU: собственные процессоры, особенности работы