# Архитектура компьютера ## Лекция 1 ## Введение. <br/> Вычислительные платформы. Описание курса Пенской А.В., 2026 --- ## Ссылки - Чат: [csa_ак_2026.2](https://t.me/+6uf-vI6dVo42MmRk) - Ведомость: [csa-ак-2026.2](https://docs.google.com/spreadsheets/d/1WvS1ad9J6jXNwSxTRnQs4yGgUBlwFzopUXUiYbGCZMw/edit?usp=sharing) - Очереди: [slap-2026-2.edu.swampbuds.me](https://slap-2026-2.edu.swampbuds.me) ------ Материалы: [Gitlab SE ITMO](https://gitlab.se.ifmo.ru/computer-systems/csa-rolling) --- ## Позиционирование курса Хороший разработчик — тот, кто умеет делать правильные предположения: 1. Как устроены системы (с которыми он работает)? 1. Как должны быть устроены системы (которые делает)? 1. Какие "странности" и "ограничения" можно ожидать? 1. Умеет в вычислительные абстракции (уровни, их совместимость). **Цель курса:** 1. Сформировать насмотренность и знание вычислительных механизмов (которые воспроизводятся в разных технологиях). 1. Устранить элементы "магического мышления" и "карго культа". ---- ### Отличительные особенности курса 1. широта вместо глубины (отсутствие фокуса на конкретной архитектуре); 1. акцент на компромиссах, экзотике; 1. логика развития компьютерных систем. ### Курс не готовит 1. программистов на низком уровне; 1. разработчиков цифровых схем и процессоров; 1. программистов высокопроизводительных систем; 1. разработчиков встроенных систем; 1. архитекторов компьютерных систем. --- ### Уровни компьютерных систем <div class="row"><div class="col">  <!-- .element height="600px" --> </div><div class="col">  <!-- .element: height="600px" --> </div></div> Уровни: 1) скрывают детали нижележащего; <br/> 2) навязывают ограничения вышележащему свои. ---- ### Уровни формируют вид индустрии  <!-- .element height="550px" --> - [OSI Layers for Coding Careers](https://swyx.io/osi-layers-coding-careers) - Inspired by [OSI Model](https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model) ---- ### Уровни формируются вычислительными платформами <div class="row"><div class="col">  </div><div class="col"> - **Языки** (Languages) — на чём описываем/пишем; - **Типы** (Types) — предопределённые платформой абстракции и структуры данных; - **Экземпляры** (Instances) — готовые, предопределённые платформой объекты и компоненты; - **Шаблоны** (Patterns) — связывают языки, типы и экземпляры, задают повторяемые решения. </div></div> ---- ### Шаблоны, механизмы повторяются на разных уровнях - Сторожевые таймеры — микроконтроллеры, ОС/гипервизоры, оркестраторы; - Кеши и когерентность — CPU, ОС (page cache), диски, CDN, браузер; - Прерывания и события — аппаратные IRQ, сигналы ОС, event loop, message queue; - Системы команд — ISA процессора, байткод виртуальных машин (JVM, CLR), API/протоколы (свой **Language** на каждом уровне), DSL. ---- ### Тенденции #### Внутри компьютера 1. смена процессорной архитектуры — ARM и RISC-V теснят x86; 1. разнообразие (гетерогенность) вычислителей (GPU, NPU, TPU); 1. чиплеты и продвинутая упаковка кристаллов вместо монолитных SoC; 1. реконфигурируемые вычислители (FPGA, CGRA). #### За пределами компьютера 1. облачные вычисления, server-less; 1. распределённые системы, системы систем, IoT, edge/fog computing; 1. вычисление вне доверенного окружения — confidential computing (TEE), Blockchain, Smart Contract. ---- #### В разработке 1. AI-ассистированная разработка — копайлоты, агенты, генерация и ревью кода; - слабое место — уровни абстракций, особенно языковые; 1. Low-code/no-code — смещение программирования к верхним уровням индустрии; 1. Platform Engineering, IaC, GitOps — конфигурирование как код; 1. Микросервисы <-> модульные монолиты — маятник архитектурных стилей. --- ## Содержание курса - Детали: [README.md](https://gitlab.se.ifmo.ru/computer-systems/csa-rolling/-/blob/master/README.md) - Отзывы см. след. слайды. ---- ### Лекции - "На мой взгляд слишком много тем, получается "галопом по Европам". В итоге невозможно ни на чем комплексно сфокусироваться, потому что темы идут очень быстро, при этом заглубляясь в каждую. Попросту не хватает времени." - "Думаю, что системность и цельное восприятие — одно из самого ценного, что я могу получить от курса университета. И именно на этом курсе её получил, за что очень благодарен." - "Проблема наверное в том что к нам студентам относятся так будто мы уже огромное количество базы знаем в контексте лоулвла(хотя на самом деле это не так, нам на первом курсе многие вещи не поясняли), и даже сам лектор не раз это отмечал." ---- ### Лаб. 1: Семинар - "Лично мне формат семинара понравился, заставляет искать новую полезную информацию, что только подстегивает дальше изучать вне курса." - "Я считаю, что такие семинары необходимы, чтобы мы, студенты технического профиля, учились выступать и доносить информацию, даже если сейчас наши выступления больше похожи на доклады." - "Некоторые ребята хорошо выполняли работу и было иртересно полушать их, но у некоторых это было бесполезгой тратой времени" ---- ### Лаб. 3: Архитектуры - "Самая интересная часть курса, помогла осознать не только суть ассемблера и архитектур, но и их многогранность. Насчет вариантов возможно стоит добавить реальную архитектуру, используемую (использовавшуюся) в Intel / AMD / Apple" - "Очень интересная работа, успеваешь познакомиться с огромным числом архитектур за небольшие сроки. Схему тоже было интересно делать, позволяет глубже разобраться в архитектуре процессора. Я вообще в шоке с этой лабы. Я по своей глупости начал сдавать архи поздновато и мне было очень тяжело сдать 5 заданий параллельно с другими предметами." - "Лучшая часть курса, отлично помогает систематизировать знания полученные на лекциях." ---- ### Лаб. 3: Схема - "Очень понравилось задание на рисование схемы - действительно помогает разобраться в архитектуре." - "Если убрать лаб 2, то что поставить вместо?Иногда правда полезно подумать над проблемой. Расширяем 3 лабу. Я ПРИДУМАЙ. 2 ЛАБА УХОДИТ В Verilog Пускай студики делают алушки, демультиплексоры. триггеры. Verilog Verilog Verilog Verilog Verilog Verilog!!!!" - "Схема - самое интересное. Но нет примера и немного непонятно, что вообще от тебя хотят, немного тяжело начать." ---- ### Лаб. 4: Эксперимент - "Отличная лабораторная работа, было очень интересно её делать. Но и очень большая, делал несколько месяцев, в итоге вышло 3.5к строк на Расте (плохая метрика, знаю, но всё же) только на компилятор и симулятор." - "Лаб. 4 это самая интересная часть практического курса. Лично я начал делать ее поздно потому что ждал пока тема моего варианта раскроется в теоретическом курсе (что произошло недостаточно своевременно), в следствие чего предлагаю внести дисклеймер капсом рядом с табличкой с разбалловкой, о том что не стоит дожидаться раскрытия тех или иных тем в лекционном курсе." - "Лаба 4 — это просто самая офигенная Лаба из всех. Я ее так и не сдал, просто потому что сам начал слишком поздно делать, до сих пор вот пишу, почти все готово, хочу линкер написать ещё" ---- ### Экзамен - "Судя по моим ответам на вопросы, для хорошего балла там требуется доклад прочитать полноценный, соответственно все 234 выучить ну просто нереально, учитывайте, что есть другие экзамены и зачеты у людей. Просто вдумайтесь в число 234! Максимум, что я видел за свое обучение это 80" - "240 вопросов сначала пугают, а потом оказывается, что половину я уже знаю, половина - ботается за 3 дня. Формат тоже понравился, сильно комфортнее, чем письменные" - "Экзамен то что и надо, это лучшие вещь чтобы люди начали хотя бы проходится по всем презентациям которые были весь семестр и повторяли и готовились" ---- - "Формат странный, человек может просто из за паники не ответить то что знает просто потому что у него в голове одна мысль "Нужно отвечать сразу", на письменном экзамене мысли можно выстроить логично" - "Лично я просмотрел все билеты, они достаточно простые, но их много, из-за этого охватывается большая часть материала. Экзамен имхо рандом полный, ибо может повезти у упасть простая тема, а может и нет (но это буде любого экзамена, тут ничего не сделать). Больше сказать не могу, т.к. сам на экзамене не был" - "Ну вообще прикольно. Быстро можно отстреляться. Конкретные вопросы на пару минут это супер"