Informatika 1

1. Tárgykövetelmények, Az előtanulmányok során megismert fogalmak rövid összefoglalása. Neumann modell, Harvard és módosított Harvard architektúra. Operációs rendszerek kialakulása, tipikus szolgáltatások, feladatok. Az architektúrák fejlesztési igényei: több feladat egyidejű végrehajtása, memória kezelés gyorsítása, védelmi feladatok, az operációs rendszerek megfelelő működéséhez szükséges speciális hardver követelmények. 

2. Számítógépek memóriakezelése: Hierarchikus memóriafelépítés, sebesség- és tárkapacitási problémák és azok lehetséges megoldása. Cache-szervezés, lokalitási elvek, blokkcsere stratégiák (LRU, LFU, FIFO, Random), lokalitástudatos programozás (egyszerű 2D tömb kezelésén keresztül), cache-szemetelés problémája. 
DDR-SDRAM memóriák felépítése, belső szervezése (ismétlés), blokkbetöltés gyorsítása és ennek illeszkedése a cache blokkbetöltéséhez, 
Cache kezeléshez kapcsolódó példák. 

3. Virtuális tárkezelés. címfordítás, MMU, TLB fogalma, egy- és többszintű laptáblák. A cache elhelyezkedése virtuális tárkezelés esetén (TLB előtt, vagy után). 
Operációs rendszer memóriakezelése, hardver együttműködése a virtuális tárkezelésben, találati arány, effektív elérési idő, vergődés fogalma. Lapcsere algoritmusok, tárgazdálkodás, laphibagyakoriság-mérésen alapuló tárgazdálkodás. 

4. Háttértárolók, mágneses adattárolás elve, kódolás szerepe, SSD meghajtók működése, vezérlő egység feladatai, meghajtó élettartama. Szabványos csatoló felületek (SATA, SCSI, SAS), parancsok. 
Lemezkezelés és fájlrendszer, lemezkezelő réteg feladatai. Kapcsolat a virtuális tárkezeléssel (blokkmérettel).  
Fájl és könyvtár mint adatszerkezet, rajtuk végezhető műveletek. 

5. Perifériakezelés, külön I/O utasítások, memóriába ágyazott I/O, adatátvitel irányítása, programmal ellenőrzött készenlét, megszakításkezelés. Processzor tehermentesítése DMA és I/O processzor alkalmazásával. Elterjedten alkalmazott összeköttetések, busz, soros adatátvitel (A digitális technika 2 ismeretekből kiindulva kitekintés a számítógépekben alkalmazott megoldásokra). 

6. Egy- és többprocesszoros rendszerek adatátviteli megoldásai, hierarchikus sínrendszerek. Arbitráció szerepe, arbitrációs megoldások (centralizált, decentralizált megoldások), PCI, PCI-express, USB csatoló felületek. USB használata (készülékek csatlakoztatása, leíró szerepe, automatikus driver betöltés/keresés). 
Eszköz-meghajtók szerepe. Készülékfüggetlen hívási felület kialakítása. 

7. Utasítás architektúra (ISA) fogalma, utasításkészlet kialakítási szempontjai, regiszterek, címzési módok (digitális technika 2-ből indulva, ahhoz hasonlítva más processzoroknál megjelenő egyéb lehetőségek rövid tárgyalása), kompatibilitási problémák. Magasszintű nyelvek támogatása: stack kezelés, adatszerkezetek kezelése (indexelt címzés, bázisrelatív címzés, többkomponensű címzés alkalmazása). Különböző utasításarchitektúrák összehasonlítása (PIC24 (digitális technika 2-ből), x86-64, MIPS, ARM,) Összehasonlítási szempontok: regiszterkészlet, címzési módok, gépikód felépítése. CISC és RISC fogalma, sajátosságai. 

8. Utasítások számának és bonyolultságának hatása a teljesítményre, CISC-RISC processzorok. ALU szervezés kérdései, kapcsolat az utasításrendszerekkel. 
Utasításvégrehajtás gyorsítása, órajel-frekvencia, gépi ciklusok számának csökkentése, adatszélesség növelése. 
Feldolgozás párhuzamosítása processzoron belül, pipe-line elv, utasítások egymásra hatása (feldolgozási, adat és vezérlés (procedurális) egymásra hatás, adat előre csatolás), soron kívüli végrehajtás. Szuperskalár elv. 

9. Többfelhasználós rendszerek, multiprogramozott, multiprocesszoros rendszerek, folyamatok, konkurens (párhuzamos) programvégrehajtás. Védelmi megoldások (x86-64, ARM) 
Folyamatok ütemezése, sorban állási modellek, CPU ütemezés. 

10. Közös memóriás együttműködés, szinkronizációs alapesetek, kölcsönös kizárás, precedencia. Szoftver és hardvertámogatás szükségessége (test-and set, read-modify-write, compare-and-swap), tipikus megvalósításai. Üzenetváltással történő együttműködés, pipe, mesage queue, signal handling. Szinkron és aszinkron kommunikáció. Rendszerhívás megvalósítása. 

11. Erőforráskezelési problémák: versenyhelyzet, holtpont, prioritásinverzió. Az éhezés fogalma. A holtpont felszámolása. Különböző erőforrások esetén használható holtpontkezelő stratégiák. A kommunikáció hibái. 

12. Mikrokontrollerek sajátosságai, erőforráskorlátok hatása az operációs rendszer szolgáltatásaira, fejlődési trendek, mikroprocesszoron/mikrokontrolleren futó operációs rendszerek. Valós idejű beágyazott rendszerek. Biztonságkritikus rendszerek speciális követelményei, azok hardveres és szoftveres teljesíthetősége. 
Egyszerű ütemezés/taszkváltás bemutatása egy konkrét mikrokontrolleren. 

13. Virtualizáció fogalma, szerepe. Hardver támogatás I/O kezelés virtualizálásához. Konkrét példa bemutatása virtuális gép létrehozására. Felhő alapú rendszerek, az egyetemi felhő bemutatása esettanulmány formájában.