Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών
Διδάσκοντες Απόστολος Μηλιώνης
Εντεταλμένος Διδάσκων
Κατηγορία μαθήματος Κ
Κωδικός μαθήματος ΨΣ-201
Πιστωτικές μονάδες 5
Ώρες μαθήματος 3 ώρες
Ώρες εργαστηρίων 2 ώρες
Ηλεκτρονικό υλικό Προβολή στον Αρίσταρχο (Open e-Class)

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Στο πλαίσιο του μαθήματος οι φοιτητές διδάσκονται θεμελιώδεις γνώσεις στην Αρχιτεκτονική Υπολογιστών που επιτρέπουν την κριτική εμβάθυνση στο ευρύτερο επιστημονικό πεδίο της Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών, περιλαμβανομένων των μικροεπεξεργαστικών και μικροϋπολογιστικών συστημάτων.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση:

  • Nα εκτελούν αριθμητικούς υπολογισμούς στα αριθμητικά συστήματα και στα πρότυπα αναπαράστασης αριθμών που απαντώνται στην Αρχιτεκτονική των Υπολογιστών.
  • Να αξιολογούν και συγκρίνουν την επίδοση υπολογιστικών συστημάτων λαμβάνοντας υπόψη τη δομή και οργάνωσή τους, περιλαμβανομένης της ιεραρχίας μνήμης, της θετικής επίδρασης της κρυφής μνήμης, και βαθμίδων μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών.
  • Να καθορίζουν τη δομή και οργάνωση της ιεραρχίας μνήμης του υπολογιστικού συστήματος για τη βελτίωση της επίδοσής του, λαμβάνοντας υπόψη το κόστος.
  • Να υλοποιούν αποδοτικά προγράμματα με χρήση γλωσσών προγραμματισμού λαμβάνοντας υπόψη την απεικόνισή τους στο επίπεδο της αρχιτεκτονικής του υλικού.
  • Να υλοποιούν και αναλύουν προγράμματα σε συμβολική γλώσσα σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές συνόλου εντολών και να υπολογίζουν την υπολογιστική τους επίδοση.
  • Να σχεδιάζουν, βελτιστοποιούν, υλοποιούν και αναλύουν σύνθετα δομικά στοιχεία της Αριθμητικής και Λογικής Μονάδας της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας.
  • Να υλοποιούν βελτιστοποιημένα προγράμματα σε συμβολική γλώσσα για επεξεργαστές μερικών επικαλυπτόμενων λειτουργιών.

Γενικές Ικανότητες

  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Αυτόνομη εργασία
  • Ομαδική εργασία
  • Σχεδιασμός Έργων
  • Λήψη αποφάσεων
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενα

Στόχος του μαθήματος είναι η εξοικείωση των φοιτητών με τη δυαδική λογική, τις βασικές μεθόδους και διαδικασίες σχεδίασης ψηφιακών κυκλωμάτων, καθώς και με τα βασικά χαρακτηριστικά και την οργάνωση των δομικών μονάδων ενός Υπολογιστικού Συστήματος.

Ειδικότερα, το μάθημα περιλαμβάνει τις ακόλουθες ενότητες:

  1.  Εισαγωγή, Δομή, Οργάνωση και Λειτουργία Υπολογιστών, Αρχιτεκτονική Von Neumann, επεξεργαστές CISC/RISC και εξέλιξη επεξεργαστών, ιεραρχία μνήμης, Νόμος του Moore.
  2. Αξιολόγηση Επίδοσης Υπολογιστών, χρόνος εκτέλεσης προγραμμάτων, μετρική MIPS.
  3. Μορφές Αναπαράστασης Δεδομένων, Σταθερή και Κινητή Υποδιαστολή.
  4. Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών, τρόποι διευθυνσιοδότησης στη μνήμη, Συμβολική Γλώσσα.
  5. Aναπαράσταση δεδομένων στην κύρια μνήμη.
  6. Γλώσσα assembly πραγματικού επεξεργαστή (π.χ. 6502 που υιοθετεί το μοντέλο συσσωρευτή και είναι κατάλληλος για εκπαιδευτικούς σκοπούς και για εισαγωγικό επίπεδο), παραδείγματα και υλοποίηση προγραμμάτων, εργαστήριο.
  7. Οργάνωση και Λειτουργία Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας, μονάδα επεξεργασίας δεδομένων, μονάδα ελέγχου, σχεδίαση ΚΜΕ.
  8. Επεξεργαστές Μερικών Επικαλυπτόμενων Λειτουργιών, τεχνικές pipeline, εξαρτήσεις (δομικές, δεδομένων, διαδικασιακές).
  9. Τεχνολογίες μνημών, Ιεραρχία Μνήμης, Σχεδίαση και Διευθυνσιοδότηση Μνημών Τυχαίας Προσπέλασης, Διασύνδεση Μνήμης με την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας.
  10. Ιδεατή Μνήμη, Σελιδοποίηση, Τμηματοποίηση.
  11. Κρυφή Μνήμη, Τεχνικές Οργάνωσης Κρυφής Μνήμης.

Προτεινόμενα Συγγράματα

  • Patterson D. & Hennessy J. (2010): Οργάνωση και Σχεδίαση Υπολογιστών, η Διασύνδεση Υλικού και Λογισμικού, Τόμοι Α & Β, 4η αμερικάνικη έκδοση (μεταφρασμένο), Εκδόσεις Κλειδάριθμος.
  • Νικολός Δ. (2017): Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Εκδόσεις Π. Παπακωνσταντίνου.
  • M. Mano (2018): Ψηφιακή Σχεδίαση. Εκδόσεις Παπασωτηρίου.
  • Hennessy J. and Patterson A.: Αρχιτεκτονική Υπολογιστών: Ποσοτική Προσέγγιση, 4η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα.
  • Stallings W. (2017): Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, 10η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα.
  • C. Hammacher, Z. Vranesic, S. Zaky (2007): Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. Εκδόσεις Επίκεντρο.
  • Hayes J. (1997): Computer Architecture and Organization, 3rd Edition, McGraw-Hill.
  • V. Nelson, H.T. Nagle, J.D. Irwin, B. Carrol (2007): Ανάλυση και Σχεδίαση Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής, Εκδόσεις Επίκεντρο.