Cilji in kompetence
Cilj predmeta je, da bodo študentje razumeli arhitekturo in osnovne komponente mikroračunalniškega sistema ter znali načrtovati strojno in programsko opremo mikroračunalniških sistemov.
Vsebina
• Uvod: arhitektura in organizacija računalnika, strukturni in funkcijski pogled na računalnik, kratka zgodovina računalnikov, razvoj arhitekture Intel x86, vgrajeni sistemi in ARM, primerjava arhitektur CISC in RISC, računanje v oblaku.
• Zmogljivost: smeri načrtovanja za povečanje zmogljivosti, večjedrni procesorji, grafične procesne enote, ocenjevanje zmogljivosti, zbirke testnih programov SPEC, Amdahlov zakon.
• Vrhnji pogled na delovanje računalnika: komponente računalnika, izvajanje programa, ukazni cikel, strojni cikli, prekinitve, strukture za medsebojne povezave, vodila, povezave od točke do točke.
• Pomnilnik: hierarhija pomnilnika, predpomnilnik, bralno-pisalni pomnilnik (DRAM, SRAM), bralni pomnilnik (ROM, PROM, EPROM, EEPROM), bliskovni pomnilnik (FLASH), napredne organizacije DRAM-a.
• Centralna procesna enota: nabori ukazov, značilnosti strojnih ukazov, tipi operandov in operacij (podrobno za Intel x86 in ARM), načini naslavljanja in formati ukazov (podrobno za Intel x86 in ARM).
• Orodja za načrtovanje in testiranje mikroračunalniške strojne opreme: logični analizatorji, simulatorji, emulatorji.
• Orodja za načrtovanje in testiranje mikroračunalniške programske opreme: zbirnik, prevajalniki visokih programskih jezikov, povezovalniki, nalagalniki, razhroščevalniki.
• Primeri načrtovanja mikroprocesorskih sistemov s poudarkom na komunikaciji med mikroprocesorjem in realnim okoljem kot tudi na integraciji strojne in programske opreme, napisane v zbirnem in visokem programskem jeziku.
Metode poučevanja in učenja
• predavanja,
• seminarske vaje,
• laboratorijske vaje,
• reševanje domačih nalog
Predvideni študijski rezultati - znanje in razumevanje
• pojasniti zgodovinski razvoj mikroračunalniških arhitektur
• izračunati in oceniti zmogljivost mikroprocesorskega sistema
• pojasniti principe strojne opreme mikroračunalniškega sistema
• analizirati in zasnovati strojno opremo manjšega sistema z mikroprocesorjem
• napisati programsko opremo za mikroprocesorski sistem v zbirniku in visokem programskem jeziku
Predvideni študijski rezultati - Prenosljive/ključne spretnosti in drugi atributi
• Spretnosti komuniciranja: ustni zagovor laboratorijskih vaj, pisno izražanje pri pisnem izpitu.
• Uporaba informacijske tehnologije: pisanje programov in uporaba programskih orodij za razvoj strojne in programske opreme mikroprocesorskih sistemov.
• Reševanje problemov: načrtovanje in izvedba preprostih mikroprocesorskih sistemov.
• Delo v skupini: delo v skupini pri laboratorijskih vajah.
Temeljni literatura in viri
• W. Stallings: Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, Eleventh Edition, Pearson Education Inc, Hoboken, New Jersey, 2019
• Y. Zhu: Embedded Systems with ARM Cortex-M Microcontrollers in Assembly Language and C, Second Edition, E-Man Press LLC, 2015
• Brey, B. B. (2000). The Intel microprocessors: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, and Pentium II processors: architecture, programming, and interfacing (5th ed., p. IX, 966). Prentice Hall.
• Brezočnik, Z. (2025). Mikroračunalniške arhitekture: zbirka rešenih nalog (1 izd.). Univerza v Mariboru, Univerzitetna založba; Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko. https://press.um.si/index.php/ump/catalog/book/1055
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti
Priporočeno je osnovno poznavanje digitalne logike.
Podrobnosti o izvedbi in ocenjevanju Pisni izpit se lahko nadomesti s sprotnim preverjanjem in ocenjevanjem znanja.
