Αρχιτεκτονική υπολογιστών

Βασικές έννοιες και ορισμοί, ορόσημα στην αρχιτεκτονική υπολογιστών, αρχές σχεδιασμού των σημερινών επεξεργαστών, μνήμες, δίαυλοι υπολογιστών, σχεδίαση και οργάνωση κεντρικής μονάδας επεξεργασίας, καταχωρητές, βασικοί τύποι εντολών επεξεργαστή, τρόποι διευθυνσιοδότησης, ροή ελέγχου, περιφερειακές συσκευές και σύνδεση με την κεντρική μονάδα επεξεργασίας, ανάλυση σύγχρονων επεξεργαστών.

Στόχοι Μαθήματος

Να εισάγει τον σπουδαστή στη βασική θεωρία, στις βασικές έννοιες, τις αρχές λειτουργίας και της δομής των υπολογιστικών συστημάτων. Στο εργαστηριακό τμήμα του μαθήματος περιλαμβάνεται η σχεδίαση εργαστηριακών ασκήσεων και πρακτικών εφαρμογών για την καλύτερη κατανόηση και εξοικείωση των σπουδαστών με τη βασική θεωρία και με τις αρχές λειτουργίας ενός σύγχρονου υπολογιστικού συστήματος, καθώς επίσης και η εξοικείωση των σπουδαστών με ευρέως χρησιμοποιούμενες γλώσσες προγραμματισμού χαμηλού επιπέδου (Assembly). Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο σπουδαστής θα είναι σε θέση να κατανοήσει τη βασική θεωρία, τις βασικές έννοιες, τις αρχές λειτουργίας και τη δομή των υπολογιστικών συστημάτων. 

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Ψηφιακή Σχεδίαση, Εισαγωγή στους Υπολογιστές.

Περιεχόμενα

Εισαγωγή στο μάθημα, στόχοι του μαθήματος, ερμηνεία βασικών όρων. Λειτουργία και δομή υπολογιστικών συστημάτων. Ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη των υπολογιστικών συστημάτων και των σχετικών τεχνολογιών. Σχεδίαση με βάση την απόδοση. Μια άποψη του κορυφαίου επιπέδου λειτουργίας και διασύνδεσης του υπολογιστή. Γνωριμία με τα βασικά υποσυστήματα του υπολογιστή και των λειτουργιών τους. Προσκόμιση και εκτέλεση εντολών, διακοπές, λειτουργία εισόδου / εξόδου. Δομές διασύνδεσης, δομή διαύλου, PCI. Χαρακτηριστικά συστημάτων μνήμης και ιεραρχία μνήμης υπολογιστικού συστήματος. Βασικές αρχές και λειτουργία της ενδιάμεσης (ή κρυφής) μνήμης - cache. Οργάνωση της cache στον Pentium 4, PowerPC. Κύρια Μνήμη υπολογιστών. Τεχνολογίες και οργάνωση . Έλεγχος και διόρθωση σφαλμάτων μνήμης. Προχωρημένες αρχιτεκτονικές κύριας μνήμης. Τεχνολογίες και οργάνωση μαγνητικών (σκληρών) δίσκων. Συστήματα RAID. Λοιπές τεχνολογίες εξωτερικής μνήμης. Δομή και λειτουργία υπομονάδων εισόδου / εξόδου υπολογιστικού συστήματος . Σχεδίαση και εξέλιξη. Στόχοι και λειτουργίες λειτουργικών συστημάτων. Τύποι λειτουργικών συστημάτων. Χρονοπρογραμματισμός διεργασιών. Διαχείριση μνήμης. Διαχείριση σε Pentium και PowerPC. Χαρακτηριστικά εντολών. Τύποι τελεστών και δεδομένων και πράξεων σε ένα υπολογιστικό σύστημα. Γλώσσα Assembly. Τρόποι Διευθυνσιοδότησης και Μορφοποιήσεις εντολών υπολογιστικού συστήματος. Οργάνωση του επεξεργαστή. Οργάνωση των καταχωρητών σε επεξεργαστή. Κύκλος εντολής. Τεχνική διασωλήνωσης. Σχεδίαση με βάση την απόδοση. Οργάνωση επεξεργαστών Pentium και PowerPC. Εισαγωγή στις μικρο – πράξεις εντολών. Σχεδίαση και οργάνωση της μονάδας ελέγχου του επεξεργαστή. Υλοποίηση σε hardware.