Περιγραφή θέματος

  • Γενικά

    • Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

      Διδάσκων: Αριστείδης Ευθυμίου

    • Περιεχόμενο μαθήματος: Σύντομη ιστορία των υπολογιστών και των μικροεπεξεργαστών. Βασική δομή του υπολογιστή. Βασικά ψηφιακά κυκλώματα. Σχεδίαση Αριθμητικής και Λογικής Μονάδας. Βασικός κύκλος εκτέλεσης εντολών. Οργάνωση κύριας και δευτερεύουσας μνήμης. Συσκευές εισόδου/εξόδου και αρχές λειτουργίας. Χρονισμός και διαιτησία διαύλου. Μικροαρχιτεκτονική της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας. Σχεδίαση διαδρομής δεδομένων. Σχεδίαση μονάδας ελέγχου. Μικροπρογραμματισμός. Διοχέτευση. Αρχιτεκτονική και λειτουργία κρυφής μνήμης. Πρόγνωση διακλαδώσεων. Επίπεδο αρχιτεκτονικής συνόλου εντολών. Τύποι εντολών και κωδικοποίηση εντολών. Διευθυνσιοδότηση. Εικονική μνήμη. Εισαγωγή στις παράλληλες και πολυπύρηνες αρχιτεκτονικές. Αναπαράσταση δυαδικών αριθμών. Αριθμοί κινητής υποδιαστολής (πρότυπο ΙΕΕΕ 754).

      Μαθησιακοί στόχοι: Στόχος του μαθήματος είναι να εισαγάγει τους φοιτητές στις αρχές της οργάνωσης και της αρχιτεκτονικής των υπολογιστών. Οι φοιτητές θα εξοικειωθούν με την βασική οργάνωση των υπολογιστών συμπεριλαμβανομένων των διαύλων, της ιεραρχίας της μνήμης, των μονάδων εισόδου/εξόδου και της μικροαρχιτεκτονικής της CPU.

      Λέξεις κλειδιά: Μικροεπεξεργαστές, δομή του υπολογιστή, ψηφιακά κυκλώματα, αριθμητική μονάδα, λογική μονάδα, κύκλος εκτέλεσης εντολών, κύρια μνήμη, δευτερεύουσα μνήμη, χρονισμός διαύλου, διαιτησία διαύλου, μικροπρογραμματισμός, κρυφή μνήμη, κωδικοποίηση εντολών, διευθυνσιοδότηση, εικονική μνήμη, πολυπύρηνες αρχιτεκτονικές.

  • 1. Αρχιτεκτονικό σύνολο εντολών

    • Περιγραφή θεματικής ενότητας: Οι 6 αρχές της Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών, αφαίρεση, νόμος του Moore, τοπικότητα αναφορών, παραλληλισμός, μέτρηση επιδόσεων και βελτίωση, αξιοπιστία μέσω πλεονασμού, εισαγωγή στη γλώσσα του υπολογιστή, εντολές αριθμητικών πράξεων, εντολές μεταφοράς δεδομένων, σύνταξη εντολών, πράξεις με πολλές μεταβλητές, προσπέλαση μνήμης.

      Λέξεις κλειδιά: καταχωρητές, τοπικότητα αναφορών, παραλληλισμός, τελεσταίοι, γλώσσα assembly, διακλαδώσεις, MIPS, ευθυγρλαμμιση, προσπέλαση λέξης.

  • 2. Οργάνωση επεξεργαστή

    • Περιγραφή θεματικής ενότητας: Ο δίαυλος δεδομένων, εντολές επεξεργασίας, προσθήκη εντολών μεταφοράς δεδομένων, προσθήκη εντολής διακλάδωσης, σχεδίαση τμήματος ελέγχου, προσθήκη εντολής άλματος, επίδοση επεξεργαστή, κίνδυνοι διοχέτευσης, αξιολόγηση υλοποίησης επεξεργαστή, κίνδυνοι δεδομένων, κίνδυνοι ελέγχου.

      Λέξεις κλειδιά: μονάδα προσκόμισης εντολών, δίαυλος δεδομένων, χρόνος εκτέλεσης, επίδοση επεξεργαστή, διακλαδώσεις, καταχωρητές διχέτευσης, ροή εντολών, διοχετευμένος έλεγχος.

  • 3. Υποσύστημα μνήμης

    • Περιγραφή θεματικής ενότητας: Το υποσύστημα μνήμης, τοπικότητα αναφορών, ιεραρχία μνήμης, οργάνωση κρυφής μνήμης, χειρισμός εγγραφών, αντικατάσταση γραμμών, είδη αστοχιών, αξιολόγηση επιδόσεων κρυφών μνημών, πολλαπλά επίπεδα κρυφής μνήμης, κίνητρα για μηχανισμό εικονικής μνήμης, τμηματοποίηση, σελιδοποίηση, μετάφραση διευθύνσεων, πίνακες σελίδων, χειρισμός διακοπών.

      Λέξεις κλειδιά: Υποσύστημα μνήμης, κρυφή μνήμη, τμηματοποίηση, σελιδοποίηση, μετάφραση διευθύνσεων, πίνακες σελίδων, πολυπρογραμματισμός, διακοπές.

  • 4. Υποσύστημα εισόδου εξόδου

    • Περιγραφή θεματικής ενότητας: Είδη και χαρακτηριστικά συσκευών, προγραμματιστικό μοντέλο Ι/Ο, υλοποίηση συστήματος Ι/Ο, υποσύστημα εισόδου-εξόδου, επίδοση εντολών στη συσκευή, επικοινωνία με τον επεξεργαστή, προβλήματα παράλληλων συνδέσεων, μοντέρνα συστήματα εισόδου-εξόδου.

      Λέξεις κλειδιά: προγραμματιστικό μοντέλο Ι/Ο, υποσύστημα εισόδου-εξόδου, μαγνητικό σκληρός δίσκος, μνήμη flash, συστοιχία δίσκων RAID.

  • 5. Σύγχρονοι υπολογιστές

    • Περιγραφή θεματικής ενότητας: Παράλληλοι υπολογιστές, τεχνικές υψηλών επιδόσεων, πολυπύρηνοι επεξεργαστές, παραλληλία επιπέδου εντολής, ταχύτερη εκτέλεση σειριακών προγραμμάτων, πρόβλεψη διακλάδωσης, πολλαπλή εκκίνηση εντολών, όρια επίδοσης με εκμετάλλευση ILP

      Λέξεις κλειδιά: Πολυπύρηνοι επεξεργαστές, παραλληλία επιπέδου εντολής, παράλληλοι υπολογιστές, στατική πρόβλεψη διακλαδώσεων, δυναμική πρόβλεψη διακλαδώσεων.

  • 6. Οδηγίες GitHub

    • Περιγραφή θεματικής ενότητας: Τι είναι το git και το GitHub? Γιατί χρησιμοποιούμε το git και το GitHub? Αποθετήρια (δημιουργία και κλωνοποίηση). Κατάλογος εργασίας και στιγμιότυπα. Απομακρυσμένα αποθετήρια. Χρήση δύο τοπικών αποθετηρίων. Προχωρημένη χρήση-παρακλάδια.

      Λέξεις κλειδιά: git, GitHub, αποθετήρια, κατάλογος εργασίας, στιγμιότυπα, απομακρυσμένα αποθετήρια, παρακλάδια.

  • Προτεινόμενα συγγράμματα

    • Αρχιτεκτονική Υπολογιστών: Μια Δομημένη Προσέγγιση, A. Tanenbaum, Κλειδάριθμος, 2002.

    • Οργάνωση και Σχεδίαση Υπολογιστών, D. Patterson and J. Hennessy, Κλειδάριθμος, 2011.

    • Επιπλέον συνιστώμενη βιβλιογραφία και υλικό προς μελέτη

      • Δημήτρης Νικολός. Η Αρχιτεκτονική των Υπολογιστών . Εκδ.: Γκιούρδας, 2008.

      • William Stallings. Οργάνωση και Αρχιτεκτονική των Υπολογιστών . Εκδ.: Τζιόλα, 2011.

      • Carl Hammacher - Zvonko Vranesic - Safwat Zaky. Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Ηλεκτρονικών Υπολογιστών . Εκδ.: Επίκεντρο, 2009