05.13.13 – Programa examenului de doctorat
Recomandări metodice generale
Specialitatea 05.13.13 include domeniile de elaborare şi cercetare a calculatoarelor, sistemelor de calcul şi reţelelor de calculatoare cu scopul de îmbunătăţi performanţele celor existente sau a obţine noi structuri mai performante decît cele existente.
Conţinutul programei examenului de doctorat
Bazele teoretice ale tehnicii de calcul
Algebra Booleană. Funcţiile logice şi minimizarea lor. Materializarea funcţiilor logice. Automate cu stări finite. Metodele de minimizare a automatelor cu stări finite. Codificarea stărilor interne. Metodele de sinteză a automatelor cu stări finite. Noţiune de informaţie. Unităţile de măsură a informaţiei. Codificarea şi decodificarea informaţiei. Reprezentarea informaţiei în calculatoare. Structura calculatorului Von – Neuman. Metodele de adresare şi influenţa lor asupra caracteristicilor calculatorului. Formatul instrucţiunilor şi legătura lor cu structura calculatorului. Codurile Hamming.
Bazele aritmetice ale tehnicii de calcul. Sisteme de numeraţie. Reprezentarea numerelor în calculator. Operaţiile aritmetice în sistemele binar, octal şi hexazecimal. Aritmetica binar – zecimală. Metodele de accelerare a operaţiilor aritmetice.
Calculatoare numerice şi sisteme
Istoria dezvoltării tehnicii de calcul. Rezultatele savanţilor din Republica Moldova obţinute în domeniul ştiinţei calculatoarelor şi sistemelor.
Clasificarea calculatoarelor. Structura generală a calculatoarelor şi sistemelor. Caracteristicile de bază ale calculatorului. Principiile de modelare şi de estimare a programelor unui calculator.
Componentele principale ale calculatorului. Magistrale de transmitere a datelor. Schemele de transmitere cu trei stări. Registrele, numărătoarele, codificatoarele, decodificatoarele, multiplexoarele, matricile logice programabile.
Sumatoarele şi clasificarea lor. Sinteza sumatorului combinaţional. Sumatorul cu acumulare. Metodele de transport accelerat. Sumatorul zecimal. Comparatoarele.
Memoria calculatorului. Clasificarea şi caracteristicile tehnice de bază ale dispozitivelor de memorie. Memoria cu acces aleatoriu (RAM). Destinaţia şi principiile de funcţionare. RAM pe semiconductori. Elementele de memorie dinamice şi statice ale RAM. Organizarea modulurilor şi unităţilor de RAM pe semicoductori.
Memoriile permanente (ROM) şi clasificarea lor. Organizarea memoriei ROM pe semiconductori.
Memoria externă. Organizarea şi dispozitivele principale ale memoriei externe.
Interfaţa memoriei externe cu procesorul.
Dispozitivele de intrare – ieşire. Introducerea, extragerea şi procesarea informaţiei grafice. Vizualizatoare alfa – numerice şi grafice. Dispozitivele optoelectronice pentru introducerea textelor şi pentru introducerea – extragerea informaţiei audio.
Memoriile asociativă şi stivă. Organizarea memoriei pe pagini şi pe pagini – segmente. Protecţia memoriei. Gestionarea memoriei cu mai multe canale de acces.
Procesoarele. Destinaţia şi structura generală a procesorului, caracteristicile principale. Unitatea operaţională şi cea de comandă a procesorului.
Algoritmul funcţionării procesorului central. Procesoare cu legături directe şi procesoare cu legături de tip magistrală. Procesoare matriciale cu funcţionare conform principiului pipe – line.
Unităţile aritmetico – logice (UAL). Clasificarea. Structura şi principiile de funcţionare. Algoritmii de îndeplinire a diferitor operaţii în UAL.
Unitatea de comandă. Unităţi de comandă cablate. Unităţi de comandă cu ciclu funcţional constant sau variabil. Unităţi de comandă microprogramate. Metodele de codificare şi minimizare a volumului de memorie ocupat de microprogramele unităţilor de comandă microprogramate pe baza de matrici logice programabile şi reprogramabile.
Evoluţia microprocesoarelor. Familii de microprocesoare. Principiile generale de organizare a microprocesoarelor monocip şi bit – slice.
Particularităţile minicalculatoarelor: formatul datelor, memoria, sistemul de I/E.
Întreruperile de program. Ierarhia întreruperilor. Deservirea prioritară a întreruperilor. Taimerul. Particularităţile funcţionale ale procesoarelor calculatoarelor mini şi macro.
Proiectarea calculatoarelor şi a sistemelor de calcul în baza circuitelor CPLD şi FPGA. Limbaje de descriere hardware. Limbajul VHDL. Limbajul Verilog.
Organizarea operaţiilor de intrare – ieşire. Schimbul de informaţie între unităţile unui calculator şi în sistemele de calcul. Canale de I/E, tipurile de canale. Structura şi funcţionarea canalelor multiplexor şi selector.
Indicii de calitate a unui sistem de calcul.
Arhitecturi de calcul paralel
Arhitecturi paralele şi scalabile. Multiprocesoare cu memorie partajată. Multiprocesoare cu memorie distribuită. Calculatoare vectoriale. Calculatoare de tip SIMD. Arhitecturi sistolice. Calcul Multithread şi Dataflow.
Procesoare Pipeline liniare şi neliniare. Modelele sincron şi asincron. Analiza latenţei şi rezervării. Evitarea coliziunilor. Algoritmul Davidson.
Pipeline-uri de instrucţiuni. Pipeline-uri aritmetice. Pipeline-uri statice şi nultifuncţionale.
Procesoare superscalare şi superpipeline. Arhitecturi de tip RISC. Organizare şi proiectare.
Reţele de calculatoare
Reţele de calculatoare, destinaţia şi componentele lor. Principiile de control şi protecţie a informaţiei în reţelele de calculatoare. Caracteristicile de bază ale reţelelor de calculatoare. Clasificarea reţelelor în dependenţă de aria de acoperire. Reţele locale, regionale, globale. Particularităţile diferitor tipuri de reţele.
Caracteristicile de bază ale reţelei globale INTERNET. Sisteme informatice şi dosare pe INTERNET. Gopher, WAIS (Wide Area Information Servers), WWW (World Wide Web). Principiile de organizare. Arhitectura masivelor informaţionale. Mijloacele de reprezentare a informaţiei. Destinaţia şi noţiunile de bază ale limbajului HTML.
Modele de comunicare. Noţiuni fundamentale: servicii, interfeţe, protocoale. Modelul de comunicare ISO/OSI.. Modelul TCP/IP.
Utilajul de comunicare în reţele: repetoare, bridge–uri, rutere, comutatoare, hub-uri. Tipurile şi funcţiile, ariile de aplicare.
Adresarea în reţele IP. Tipuri de adrese. Adrese IP şi adrese fizice.
Protocoalele nivelului de aplicaţie a modelului TCP/IP.
Teleprelucrarea informaţiei şi organizarea ei. Structura unităţilor de transmitere a datelor. Echipamentul de transmitere a datelor. Modeme. Organizarea poştei electronice. Sistemele de operare pentru reţele.
Administrarea reţelelor de calculatoare. Particularităţile funcţionării în mediile de utilizare multiplă: sisteme deschise; arhitectura „client-server” şi „client” – tehnologii „server”. Administrarea în mediul Unix, administrarea în reţele cu sisteme de operare de tip Windows (NT, 2000 etc.). Reţeaua Internet, particularităţile ei funcţionale şi particularităţile arhitecturale.
Fiabilitatea, verificarea şi diagnosticarea calculatoarelor şi sistemelor de calcul
Parametrii de fiabilitate a calculatoarelor şi a sistemelor de calcul. Criteriile de fiabilitate. Restabilirea sistemului. Metodele de mărire a fiabilităţii. Metodele de rezervare. Rezervări optimale. Estimarea fiabilităţii sistemelor complexe cu rezervare. Optimizarea proceselor de deservire a calculatoarelor. Fiabilitatea software-lui. Verificarea şi diagnosticarea calculatoarelor şi sistemelor. Verificarea pe moduluri. Coduri ciclice. Coduri aritmetice de corecţie. Metodele de diagnosticare a defectelor, test de diagnosticare, programe de diagnosticare dinamice şi de reglare. Principiile de diagnosticare.
Evaluarea performanţelor calculatoarelor şi sistemelor de calcul
Algebre a proceselor comunicante. +calcul. Elemente de procese aleatoare. Lanţuri Markov în timp discret sau continuu. Ecuaţiile Chapman-Kolmogorov. Procese semi-Markov. Elemente de teoria sistemelor de aşteptare (SA). Clasificarea Kendall a SA. Caracteristici numerice ale SA. Legea lui Little. Sistem de aşteptare multicanal. Analiza SA cu distribuţii tip fază. Formula Polleaczek-Chincin.. Deservirea în multiclase cu prioritate absolută sau relativă. Reţele cu SA (ReSA) deschise şi închise. Modelul Jeckson a ReSA deschise. Modelul Gordon - Nowell a ReSA închise. Procese cu difuzie. Reţele ReSA deschise şi închise model BCMP. Teorema BCMP. Algebre a proceselor stochastice
Metode de modelare şi evaluare a performanţelor sistemelor de calcul (SC). Definirea modelelor de funcţionare a SC. Validarea modelelor de evaluare performanţelor. Modele matematice ale proceselor de prelucrare a datelor. Metode bazate pe teoria sistemelor de aşteptare şi a reţelelor Petri. Reţelele Petri stochastice (RPS). Modelarea prin reţele RPS generalizate şi reţele Petri hibride stochastice şi evaluarea performanţelor sistemelor multiprocesor, tolerante la defecte. Estimarea productivităţii sistemelor. Etapa elaborării şi îmbunătăţirea performanţelor sistemelor de calcul. Metode şi tehnici de măsurare a performanţelor. Modele semi-markoviene ale sistemelor de calcul tolerante la defecte. Metode şi modele de evaluare a fiabilităţii structurale şi temporale ale sistemelor şi reţelelor de calculatoare.
Mijloacele soft ale calculatoarelor, sistemelor şi reţelelor
Sisteme de programare. Componenţa sistemelor de programare. Limbajele de programare, procesorul de programe, biblioteca de programe şi funcţii. Istoria dezvoltării şi analiza comparativă a limbajelor de programare. Particularităţile diferitor limbaje de programare.
Sistemele de operare, funcţiile lor: administrarea problemelor, datelor, legătura cu operatorul. Caracteristicile de bază ale sistemelor de operare Windows, Unix, etc.
Sistemele de gestiune a bazelor de date. Componenţa, structura şi funcţiile sistemelor de gestiune a bazelor de date (depozitarea, căutarea datelor, asigurarea accesului din programele aplicative etc.).
Programarea în mediul sistemelor informatice moderne: crearea programelor module, proiectarea şi programarea orientată pe obiecte. Programarea logică.
Proiectarea asistată de calculator
Proiectarea asistată de calculator - o necesitate vitală a procesului de elaborare. Etapele şi nivelele de proiectare. Metodele principale de sinteză. Formularea problemei de sinteză. Utilizarea principiilor de optimizare la proiectare a calculatoarelor, sistemelor şi reţelelor. Metodele de analiză. Metodele principale de modelare, problemele ce se rezolvă prin metoda modelării. Limbajele de modelare. Interpretarea rezultatelor statistice ale modelării, precizia estimărilor statistice.
Noţiunile de bază despre calculatoarele analogice
Amplificatoarele operaţionale, principiul lor de funcţionare. Realizarea operaţiilor de adunare, scădere, integrare, diferenţiere, logaritmare etc. Comparatoarele. Structuri de conversie digital-analog şi analog-digital. Convertoare digital-analogice şi analog-digitale.
Literatura de specialitate
- John L. Hennessy, David A. Petterson. Computer architecture, a quantitative approach. Morgan Kaufmann Publishers, 1990. (Second Etition, 1995 Third Edition, 2001)
- Glenn A. Gibson. Computer System. Concept and Design. Prentice-Hall, International Edotions, 1991.
- Adrian Petrescu, Francisc Iacob, Zoea Racoviţă. Iniţiere în structura calculatoarelor electronice. Editura Teora, 1996.
- H. S. Stone. High performance computer architecture. Addison-Wesley, 1993 (1997).
- Kai H. Wang. Advanced computer architecture: Parallelism, Scalability, Programmability. Mc Graw-Hill, 1993 (1985).
- Emilian Guţuleac. Evaluarea performanţelor sistemelor de calcul prin reţele Petri stochastice. Editura TEHNICĂ-INFO, Chişinău, 2004, 276 p.
- R.W.Hockney, C.R.Jesshope. Calculatoare paralele. Arhitectură, programare şi algoritmi. /Trad. din engleză.-Bucureşti, Editura tehnică, 1991. -560 pag.
- Toacşe Gheorghe, Nicula Dan - Electronica digitală, Bucureşti, Editura Teora, 1996.
- Valachi Alexandru ş.a. - Analiza, sinteza şi testarea dispozitivelor numerice, Iaşi, Editura Nord-est, 1993
- Gaitan Vasile. Arhitectura sistemelor de calcul. Vol.1,2. Editura Universităţii Suceava, 2000, 170 p.
- Secrieru N., Gremalschi A., Cornea I. Arhitectura şi organizarea microprocesoarelor. Chişinău. Universitas, 1994. -240 p.
- Petrescu A. Calculatoare numerice şi programare. Editura didactică şi pedagogică. Bucureşti, 1988. -421 p.
- Presnuhin L.N., Nesterov P.Z. Ţifrovоie vîcislitelinîe maşinî. V.Р., -M., 1991. -508 s.
- Soloviov G.N. Arifmeticeskie i loghiceskie osnovî ţifrovîh avtomatov, V.Р., -M., 1990, -351 s.
