Architektura komputerów i systemy operacyjne

obowiązkowe

Wstęp do programowania 1000-211bWPI

Budowa i zasady działania współczesnych komputerów, programowanie niskopoziomowe, interfejs binarny aplikacji, rola i zadania systemu operacyjnego, techniki zarządzania podstawowymi zasobami sprzętowymi komputera: procesorem, pamięcią operacyjną i urządzeniami wejścia-wyjścia.

Wykład

•  Architektura komputera:

◦ architektura a organizacja komputera

◦ model von Neumanna

◦ architektury Harward i Princeton

◦ architektury wspierające zrównoleglanie: superskalarna, wektorowa

◦ zrównoleglanie a dostęp do pamięci, architektury wieloprocesorowe i wielordzeniowe, modele SMP i NUMA

•  Mikroprocesor od wewnątrz:

◦ rejestry

◦ asembler, kod maszynowy, lista rozkazów

◦ tryby adresowania

◦ CISC a RISC

◦ przetwarzanie potokowe

•  Mikroprocesor w interakcji ze światem zewnętrznym:

◦ system przerwań, wyjątki

◦ sprzętowe wsparcie dla systemów operacyjnych

◦ poziomy ochrony, wywoływanie usług systemowych, segmentacja i stronicowanie

◦ interfejs binarny aplikacji (ABI)

◦ obsługa wejścia-wyjścia

◦ DMA

•  Hierarchia pamięci:

◦  pamięć operacyjna

◦  pamięci podręczne

◦  pamięci masowe

◦  macierze dyskowe

•  Wprowadzenie do systemów operacyjnych: 

◦ zadania systemu operacyjnego

◦ budowa systemu operacyjnego 

◦ funkcje systemowe

•  Procesy i zarządzanie nimi: 

◦ pojęcie procesu

◦ stany procesu i przejścia między nimi

◦ podział czasu, wieloprogramowość

◦ synchronizacja na poziomie jądra

◦ szeregowanie procesów

•  Zarządzanie pamięcią: 

◦ przestrzeń adresowa procesu

◦ strategie przydziału pamięci

◦ translacja adresów

◦ pamięć wirtualna

•    Systemy plików:

◦ koncepcja pliku

◦ realizacja systemu plików warstwy logicznej i fizycznej 

◦ przykłady konkretnych implementacji

•    System wejścia-wyjścia: 

◦ urządzenia blokowe i znakowe

◦ tablice rozdzielcze

◦ pliki specjalne

◦ struktura dysku

•   Wirtualizacja

Laboratorium

•  Interpreter poleceń:  

◦ podstawowe polecenia: diff, grep, find, ps, wc, sort, cut, tail, head itp.

◦ potoki, strumienie, przekierowania

◦ skrypty bash (instrukcje if, for itp.), argumenty wywołania

◦ skrypty do testowania programów

• Podstawy administracji systemem i maszyna wirtualna:

◦ maszyna wirtualna

◦ zarządzanie użytkownikami

◦ prawa dostępu do plików i katalogów

◦ instalowanie pakietów oprogramowania

◦ pliki konfiguracyjne .bash_profile, .profile, .bashrc itp.

◦ katalogi /etc, /usr, /home itp.

◦ logi systemowe

• Język C

◦ pliki nagłówkowe, preprocesor, kompilator, linker, program make

◦ wskaźniki, sterta, alokacja pamięci, tablica dynamiczna

◦ dynamiczne struktury danych, BST, wskaźniki do wskaźników, valgrind 

◦ obsługa plików

• funkcje systemowe: open, close, read, write itp.

• funkcje z biblioteki standardowej: fopen, fclose, fread, fwrite itp.

• pliki specjalne: /dev/null, /dev/zero, /dev/random, /dev/urandom itp.

• Programowanie niskopoziomowe

◦ asemblacja, dezasemblacja, łączenie

◦ podstawowe rozkazy asemblera x86

◦ ABI – integracja z programem w C

◦ współpraca z systemem operacyjnym

◦ debuger

A. Silberschatz, P. B. Galvin, Podstawy systemów operacyjnych

W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego

Wiedza - absolwent zna i rozumie:

- teoretyczne podstawy z zakresu architektury systemów komputerowych i systemów operacyjnych (K_W02),

- architekturę współczesnych systemów (reprezentacja danych, architektura procesora, podsystemy wejścia-wyjścia, pamięć, architektury wieloprocesorowe (K_W06),

- zasady działania systemów operacyjnych ze szczególnym uwzględnieniem procesów, współbieżności, szeregowania zadań i zarządzania pamięcią (K_W07).

Umiejętności - absolwent potrafi:

- pozyskiwać informacje z literatury, baz wiedzy, Internetu oraz innych wiarygodnych źródeł, integrować je, dokonywać ich interpretacji oraz wyciągać wnioski i formułować opinie (K_U02),

- samodzielnie planować i realizować własne uczenie się przez całe życie (K_U09).

Kompetencje społeczne - absolwent jest gotów do:

- krytycznej oceny posiadanej wiedzy i odbieranych treści (K_K01),

- pracy z poszanowaniem uczciwości intelektualnej w działaniach własnych i innych osób; przestrzegania zasad etyki zawodowej i wymagania tego od innych oraz dbałości o dorobek i tradycje zawodu informatyka (K_K02),

- uznawania znaczenia wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych oraz wyszukiwania informacji w literaturze oraz zasięgania opinii ekspertów (K_K03).

Ocena końcowa z przedmiotu ustalana jest na podstawie łącznej liczby punktów z laboratorium i egzaminu. Szczegółowe zasady oceniania opisane są w kursie przedmiotu na platformie moodle.