Οργάνωση Υπολογιστών

- Η γλώσσα Assembly και η γλώσσα μηχανής, σαν το μοντέλο αφαίρεσης που το hardware παρουσιάζει προς το software. Παράδειγμα: ένα υποσύνολο αυτών των γλωσσών του επεξεργαστή MIPS. Στοιχειώδεις γνώσεις προγραμματισμού σε Assembly: if-then-else, βρόχοι, πίνακες, pointers, διαχείριση στοίβας και κλήση διαδικασιών.

Στόχοι Μαθήματος

- Να δώσει --μαζί με το προηγούμενό του μάθημα, την Ψηφιακή Σχεδίαση-- τις ελάχιστες απαραίτητες γνώσεις υλικού (hardware) και οργάνωσης/αρχιτεκτονικής υπολογιστών τις οποίες θα χρειαστούν για την επαγγελματική τους σταδιοδρομία και για να αντιμετωπίσουν τις ανάγκες των άλλων τομέων της Επιστήμης και Τεχνολογίας των Υπολογιστών. - Να διδάξει στοιχειώδεις γνώσεις σχετικά με τις γλώσσες Assembly. - Να δείξει πώς κατασκευάζεται ένας ολόκληρος υπολογιστής (αρχικά απλός και ύστερα με ομοχειρία (pipelining)), χρησιμοποιώντας μόνο τις λογικές πύλες και flip-flops που ο φοιτητής ξέρει από την Ψηφιακή Σχεδίαση. Έτσι, δίνει ένα στέρεο υπόβαθρο κατανόησης για την υλική βάση της Επιστήμης και Τεχνολογίας Υπολογιστών, και επίσης απομυθοποιεί τον υπολογιστή. - Να προσφέρει στοιχειώδη εισαγωγή στην προχωρημένη αρχιτεκτονική των σημερινών υπολογιστικών συστημάτων, και απλοποιημένους τρόπους κατανόησης της επίδοσής τους. - Να αποτελέσει τη βάση πάνω στην οποία θα στηριχτούν τα πιό προχωρημένα μαθήματα ψηφιακών συστημάτων και αρχιτεκτονικής.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Ψηφιακή Σχεδίαση

Περιεχόμενα

- Η γλώσσα Assembly και η γλώσσα μηχανής, σαν το μοντέλο αφαίρεσης που το hardware παρουσιάζει προς το software. Παράδειγμα: ένα υποσύνολο αυτών των γλωσσών του επεξεργαστή MIPS. Στοιχειώδεις γνώσεις προγραμματισμού σε Assembly: if-then-else, βρόχοι, πίνακες, pointers, διαχείριση στοίβας και κλήση διαδικασιών. - Υλοποίηση επεξεργαστή χρησιμοποιώντας καταχωρητές, πολυπλέκτες, αθροιστές, ALU's, μνήμες, συνδυαστική λογική, και FSM. Σχεδίαση του datapath. Σχεδίαση της μονάδας ελέγχου. Διακοπές-Εξαιρέσεις. - Εισαγωγή στην τεχνική της ομοχειρίας (pipelining). Επίδοση (ταχύτητα) υπολογιστών, CPI και συναφείς εξισώσεις. - Σύστημα Μνήμης: Εισαγωγή στις κρυφές μνήμες. Εικονική μνήμη. Καταστάσεις χρήστη-πυρήνα, κάλεσμα λειτουργικού συστήματος, προστασία. - Περιφερειακές Συσκευές και η επικοινωνία τους με την κεντρική μονάδα. Απεικόνιση I/O σε διευθύνσεις μνήμης. Επικοινωνία με δειγματοληψία και με διακοπές. DMA. - Προχωρημένα θέματα: Πολυπύρηνοι υπολογιστές, Συνοχή (Coherence) κρυφών μνημών, εκτέλεση εντολών εκτός σειράς, Πολυνημάτωση, GPGPU's.