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Module 1. Computer Technology

1.1. General Information and a Brief History of Computers

1.1.1. Organization and Architecture
1.1.2. Brief History of Computers

1.2. Computer Arithmetic

1.2.1. The arithmetical unit
1.2.2. Numbering Systems
1.2.3. Integer Representation
1.2.4. Arithmetic with Integers
1.2.5. Floating Point Representation
1.2.6. Floating Point Arithmetic

1.3. Classic Concepts of Logic Design

1.3.1. Boolean Algebra
1.3.2. Logic Gates
1.3.3. Logical Simplification
1.3.4. Combinational Circuits
1.3.5. Sequential Circuits
1.3.6. Concept of Sequential Machine
1.3.7. Memory Element
1.3.8. Types of Memory Elements
1.3.9. Synthesis of Sequential Circuits
1.3.10. Synthesis of Sequential Circuits with PLA

1.4. Basic Computer Organization and Operation

1.4.1. Introduction
1.4.2. Components of a Computer
1.4.3. Operation of a Computer
1.4.4. Interconnection Structures
1.4.5. Interconnection with Buses
1.4.6. PCI Bus

1.5. Internal Memory

1.5.1. Introduction to Memory Systems in Computers
1.5.2. Semiconductor Main Memory
1.5.3. Correction of Errors
1.5.4. Advanced DRAM Memory Organization

1.6. Input/Output

1.6.1. External Devices
1.6.2. Input/Output Modules
1.6.3. Programmed input/output
1.6.4. Input/output by interrupts
1.6.5. Direct Memory Access
1.6.6. Input/Output Channels and Processors

1.7. Machine Instructions: Features and Functions

1.7.1. Characteristics of Machine Instructions
1.7.2. Types of Operands
1.7.3. Types of Transactions
1.7.4. Assembly Language
1.7.5. Address
1.7.6. Formats of Instructions

1.8. Processor Structure and Operation

1.8.1. Processor Organization
1.8.2. Record Organization
1.8.3. Training Cycle
1.8.4. Instruction Segmentation

1.9. Cache and External Memory

1.9.1. Basic Principles of Cache Memories
1.9.2. Cache Design Elements
1.9.3. Magnetic Disks
1.9.4. RAID
1.9.5. Optical Memory
1.9.6. Magnetic Tape

1.10. Introduction to the Operation of the Control Unit

1.10.1. Microoperations
1.10.2. Processor Control
1.10.3. Wired Implementation

Module 2. Operating Systems

2.1. Introduction to Operating Systems

2.1.1. Concept
2.1.2. Historical Recap
2.1.3. Fundamental blocks of Operating Systems
2.1.4. Objectives and Functions of Operating Systems

2.2. Structure of Operating Systems

2.2.1. Operating System Services
2.2.2. Operating System User Interface
2.2.3. System Calls
2.2.4. Types of System Calls

2.3.     Process Planning

2.3.1. Basic Concepts
2.3.2. Planning Criteria
2.3.3. Planning Algorithms

2.4. Processes and Threads

2.4.1. Process Concept
2.4.2. Thread Concept
2.4.3. Process Status
2.4.4. Process Control

2.5. Concurrence. Mutual Exclusion, Synchronization, and Interlocking

2.5.1. Principles of Concurrence
2.5.2. Mutual Exclusion
2.5.3. Traffic Lights

2.5.4. Monitors

2.5.5. Message Passing
2.5.6. Fundamentals of Interlocking
2.5.7. Interlock Prevention
2.5.8. Interlock Avoidance
2.5.9. Interlock Detection and Recovery

2.6. Memory Management

2.6.1. Memory Management Requirements
2.6.2. Process Memory Model
2.6.3. Contiguous Assignment Scheme
2.6.4. Segmentation
2.6.5. Pagination
2.6.6. Segmented Pagination

2.7. Virtual Memory

2.7.1. Virtual Memory Fundamentals
2.7.2. Life Cycle of a Page
2.7.3. Virtual Memory Management Policy
2.7.4. Localization Policy
2.7.5. Extraction Policy
2.7.6. Replacement Policy

2.8. Input/Output System

2.8.1. Input/Output Devices
2.8.2. Input/Output System Organization
2.8.3. Use of Buffers
2.8.4. Magnetic Disk

2.9. File System Interface and Implementation

2.9.1. Archiving Concept
2.9.2. Access Methods
2.9.3. Directory Structure
2.9.4. Structure of a File System
2.9.5. File System Interface and Implementation
2.9.6. Directories System Interface and Implementation
2.9.7. Allocation Methods
2.9.8. Management of Free Space

2.10. Protection

2.10.1. Objectives
2.10.2. Authentication
2.10.3. Authorization
2.10.4. Cryptography

Module 3. Advanced Operating Systems

3.1. Operating System Concept

3.1.1. Operating System Functions
3.1.2. Process Management
3.1.3. Memory Management
3.1.4. Directory and File Management
3.1.5. The Shell: Interactivity
3.1.6. Security/Safety
3.1.7. Design Objectives

3.2. Operating Systems History

3.2.1. The First Generation
3.2.2. The Second Generation
3.2.3. Third Generation
3.2.4. Fourth Generation
3.2.5. The OS/2 Case
3.2.6. The History of GNU/Linux
3.2.7. The History of Windows

3.3. Structure of an Operating System

3.3.1. Monolithic Systems
3.3.2. Layered Systems
3.3.3. Virtualisation
3.3.4. Exokernel
3.3.5. Client-server Model
3.3.6. Distributed Systems

3.4. System Calls

3.4.1. System Calls. Concepts
3.4.2. System Calls for Process Management
3.4.3. System Calls for File and Directory Administration
3.4.4. Calls to the Communication System

3.5. Windows and GNU/Linux

3.5.1. Windows Structure
3.5.2. Structure of GNU/Linux

3.6. The GNU/Linux Shell and PowerShell

3.6.1. The Command Interpreter
3.6.2. Using the Command Interpreter
3.6.3. GNU/Linux Commands
3.6.4. Basic PowerShell Syntax
3.6.5. Basic PowerShell Commands

3.7. Shell Programming

3.7.1. Scripts Programming
3.7.2. Syntax

3.8. System Programming in GNU/Linux

3.8.1. C Language under UNIX
3.8.2. Compilation Tools
3.8.3. Error Handling

3.9. System Calls on Files

3.9.1. Basic Calls
3.9.2. Calls on Directories
3.9.3. Advanced Calls

3.10. System Calls on Processes

3.10.1. Basic Calls
3.10.2. Signals
3.10.3. Pipelines

Module 4. The Structure of Computers

4.1. Fundamentals of Computer Design and Evolution

4.1.1. Definition of Computer Architecture
4.1.2. Evolution and Performance of Architectures
4.1.3. Parallel Architectures and Levels of Parallelism

4.2. Computer Performance Evaluation

4.2.1. Performance Measures
4.2.2. Test Programs (Benchmarks)
4.2.3. Improved Performance
4.2.4. Costs of a Computer

4.3. Leveraging the Memory Hierarchy

4.3.1. Memory Hierarchy
4.3.2. Basic Concepts of the Cache
4.3.3. Cache Evaluation and Improvements
4.3.4. Virtual Memory

4.4. Storage and Other Input/Output Aspects

4.4.1. Reliability, Dependability and Availability
4.4.2. Disk Storage
4.4.3. Flash Storage
4.4.4. Connection and Information Transfer Systems

4.5. Segmented Processors

4.5.1. What are Segmented Processors?
4.5.2. Principles of Segmentation and Performance Enhancement
4.5.3. Segmented Processor Design
4.5.4. Optimization of Functional Channels
4.5.5. Interrupt Handling on a Segmented Processor

4.6. Superscalar Processors

4.6.1. What are Superscalar Processors?
4.6.2. Parallelism between Instructions and Machine Parallelism
4.6.3. Superscalar Instruction Processing
4.6.4. Jump Instruction Processing
4.6.5. Interrupt Handling on a Superscalar Processor

4.7. VLIW Processors

4.7.1. What are VLIW Processors?
4.7.2. Exploiting Parallelism in VLIW Architectures
4.7.3. Compiler Support Resources

4.8. Vector Processors

4.8.1. What are Vector Processors?
4.8.2. Vector Architecture
4.8.3. The Memory System in Vector Processors
4.8.4. Performance Measurements on Vector Processors
4.8.5. Vector Processing Efficiency

4.9. Parallel Computers

4.9.1. Parallel Architectures and Levels of Parallelism
4.9.2. Motivation to the Study of Parallel Computers
4.9.3. Design Space. Classification and General Structure
4.9.4. Performance on Parallel Computers
4.9.5. Classification of Communication Systems in Parallel Computers
4.9.6. General Structure of the Communication System in Parallel Computers
4.9.7. The Network Interface in Parallel Computers
4.9.8. The Interconnection Network in Parallel Computers
4.9.9. Communication System Performance on Parallel Computers

4.10. Interconnection Networks and Multiprocessors

4.10.1. Topology and Types of Interconnection Networks
4.10.2. Switching in Interconnection Networks
4.10.3. Flow Control in Interconnection Networks
4.10.4. Routing in Interconnection Networks
4.10.5. Memory System Coherence on Multiprocessors
4.10.6. Multiprocessor Memory Consistency
4.10.7. Multiprocessor Synchronization

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