Οργάνωση Υπολογιστών (ΑΜ)
Οδυσσέας Κουφοπαύλου, Γεώργιος Θεοδωρίδης
Το μάθημα "Οργάνωση Υπολογιστών" περιλαμβάνει τη λειτουργία των βασικών μονάδων που αποτελούν ένα υπολογιστικό σύστημα. Ασχολείται με τις βασικές παραμέτρους που αφορούν τη σχεδίαση ενός επεξεργαστή, όπως η οργάνωση, το σύνολο εντολών, η κεντρική μονάδα επεξεργασίας και η κρυφή και η εικονική μνήμη. Περιγράφει την ανάπτυξη ρουτινών λογισμικού σε συμβολική γλώσσα και την εκτέλεσή τους σε έναν επεξεργαστή τύπου RISC (MIPS). Επίσης, αναλύει την τεχνική της διοχέτευσης (pipeline), τις μεθόδους αντιμετώπισης των κινδύνων που εισάγει καθώς και την εφαρμογή της κατά τον σχεδιασμό ενός επεξεργαστή. Τέλος, περιγράφει τη λειτουργία της κρυφής και εικονικής μνήμης και τις τεχνικές για τη βελτίωση των επιδόσεών τους.
ΛιγότεραΤο μάθημα "Οργάνωση Υπολογιστών" περιλαμβάνει τη λειτουργία των βασικών μονάδων που αποτελούν ένα υπολογιστικό σύστημα. Ασχολείται με τις βασικές παραμέτρους που αφορούν τη σχεδίαση ενός επεξεργαστή, όπως η οργάνωση, το σύνολο εντολών, η κεντρική μονάδα επεξεργασίας και η κρυφή και η εικονική μνήμη. Περιγράφει την ανάπτυξη ρουτινών λογισμικού σε συμβολική γλώσσα και την εκτέλεσή τους σε έναν επεξεργαστή τύπου RISC (MIPS). Επίσης, αναλύει την τεχνική της διοχέτευσης (pipeline), τις μεθόδους αντιμετώπισης των κινδύνων που εισάγει καθώς και την εφαρμογή της κατά τον σχεδιασμό ενός επεξεργαστή. Τέλος, περιγράφει τη λειτουργία της κρυφής και εικονικής μνήμης και τις τεχνικές για τη βελτίωση των επιδόσεών τους.
Το μάθημα "Οργάνωση Υπολογιστών" περιλαμβάνει τη λειτουργία των βασικών μονάδων που αποτελούν ένα υπολογιστικό σύστημα. Ασχολείται με τις βασικές παραμέτρους που αφορούν τη σχεδίαση ενός επεξεργαστή, όπως η οργάνωση, το σύνολο εντολών, η κεντρική μονάδα επεξεργασίας και η κρυφή και η εικονική μνήμη. Περιγράφει την ανάπτυξη ρουτινών λογισμικού σε συμβολική γλώσσα και την εκτέλεσή τους σε έναν επεξεργαστή τύπου RISC (MIPS). Επίσης, αναλύει την τεχνική της διοχέτευσης (pipeline), τις μεθόδους αντιμετώπισης των κινδύνων που εισάγει καθώς και την εφαρμογή της κατά τον σχεδιασμό ενός επεξεργαστή. Τέλος, περιγράφει τη λειτουργία της κρυφής και εικονικής μνήμης και τις τεχνικές για τη βελτίωση των επιδόσεών τους.
Περίγραμμα
Περιεχόμενο μαθήματος
Γενικές έννοιες: Ιστορική Αναδρομή, Εκτέλεση προγράμματος, Απόδοση και κατανάλωσης ενέργειας, Μονό-επεξεργαστικά- & Πολύ-επεξεργαστικά συστήματα.
Η γλώσσα του υπολογιστή: Λειτουργίες υλικού, Σύνολο εντολών του MIPS (εντολές αριθμητικών και λογικών πράξεων, εντολές λήψεις απόφασης). Διαδικασίες και συναρτήσεις. Διευθυνσιοδότηση εντολών. Μετάφραση και εκτέλεση προγράμματος.
Αριθμητική για υπολογιστικά συστήματα: Αλγόριθμοι πρόσθεσης, αφαίρεσης, πολλαπλασιασμού και διαίρεσης. Αριθμητική κινητής υποδιαστολής.
Ο επεξεργαστής: Σχεδίαση κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (κυκλώματα χειρισμού δεδομένων και ελέγχου). Διοχέτευση (pipeline) και απόδοση υπολογιστικών συστημάτων. Κίνδυνοι δεδομένων και αντιμετώπιση τους (προώθηση, καθυστέρηση). Κίνδυνοι ελέγχου. Σχεδίαση επεξεργαστή με διοχέτευση.
Μνήμη: Τύποι κυκλωμάτων μνήμης. Ιεραρχία μνήμης. Κρυφή μνήμη (cache memory). Βελτίωση απόδοσης κρυφής μνήμης. Εικονική μνήμη
Μαθησιακοί στόχοι
Οι στόχοι του μαθήματος είναι η σε βάθος κατανόηση των παρακάτω θεμάτων:
- Οργάνωση (αρχιτεκτονική) επεξεργαστών μειωμένου συνόλου εντολών (Reduced Instruction Set Computers ?RISCs)
- Σχεδίαση του συνόλου εντολών ενός επεξεργαστή τύπου RISC (MIPS).
- Εκτέλεση του λογισμικού. Μετάφραση γλώσσας υψηλού επιπέδου σε συμβολική γλώσσα. Εκτέλεση εντολών συμβολικής γλώσσας
- Αλγόριθμοι εκτέλεσης αριθμητικών πράξεων (πρόσθεση, αφαίρεση, πολ/σμός, διαίρεση) σε επεξεργαστές. Αριθμητική σταθερής και κινητής υποδιαστολής
- Σχεδίαση κεντρικής μονάδας επεξεργαστή MIPS. Σχεδίαση (υπό-κυκλώματα και διασύνδεση τους) κεντρικής μονάδας ενός κύκλου. Σχεδίαση κεντρικής μονάδας με την τεχνική της διοχέτευσης (pipeline). Αντιμετώπιση κινδύνων (δομικοί, δεδομένων, ελέγχου) σε σχεδιασμούς με διοχέτευση.
- Λειτουργία κρυφής μνήμης (cache memory) και τις εικονικής μνήμης (virtual memory). Τεχνικές και μέθοδοι σχεδιασμού για τη βελτίωση των επιδόσεων της κρυφής και εικονικής μνήμης.
Προαπαιτούμενα
Βασικές γνώσεις προγραμματισμού και Ψηφιακής Λογικής Σχεδίασης
Βιβλιογραφία
Γενικές έννοιες: Ιστορική Αναδρομή, Εκτέλεση προγράμματος, Απόδοση και κατανάλωσης ενέργειας, Μονό-επεξεργαστικά- & Πολύ-επεξεργαστικά συστήματα.
Η γλώσσα του υπολογιστή: Λειτουργίες υλικού, Σύνολο εντολών του MIPS (εντολές αριθμητικών και λογικών πράξεων, εντολές λήψεις απόφασης). Διαδικασίες και συναρτήσεις. Διευθυνσιοδότηση εντολών. Μετάφραση και εκτέλεση προγράμματος.
Αριθμητική για υπολογιστικά συστήματα: Αλγόριθμοι πρόσθεσης, αφαίρεσης, πολλαπλασιασμού και διαίρεσης. Αριθμητική κινητής υποδιαστολής.
Ο επεξεργαστής: Σχεδίαση κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (κυκλώματα χειρισμού δεδομένων και ελέγχου). Διοχέτευση (pipeline) και απόδοση υπολογιστικών συστημάτων. Κίνδυνοι δεδομένων και αντιμετώπιση τους (προώθηση, καθυστέρηση). Κίνδυνοι ελέγχου. Σχεδίαση επεξεργαστή με διοχέτευση.
Μνήμη: Τύποι κυκλωμάτων μνήμης. Ιεραρχία μνήμης. Κρυφή μνήμη (cache memory). Βελτίωση απόδοσης κρυφής μνήμης. Εικονική μνήμη
Οι στόχοι του μαθήματος είναι η σε βάθος κατανόηση των παρακάτω θεμάτων:
- Οργάνωση (αρχιτεκτονική) επεξεργαστών μειωμένου συνόλου εντολών (Reduced Instruction Set Computers ?RISCs)
- Σχεδίαση του συνόλου εντολών ενός επεξεργαστή τύπου RISC (MIPS).
- Εκτέλεση του λογισμικού. Μετάφραση γλώσσας υψηλού επιπέδου σε συμβολική γλώσσα. Εκτέλεση εντολών συμβολικής γλώσσας
- Αλγόριθμοι εκτέλεσης αριθμητικών πράξεων (πρόσθεση, αφαίρεση, πολ/σμός, διαίρεση) σε επεξεργαστές. Αριθμητική σταθερής και κινητής υποδιαστολής
- Σχεδίαση κεντρικής μονάδας επεξεργαστή MIPS. Σχεδίαση (υπό-κυκλώματα και διασύνδεση τους) κεντρικής μονάδας ενός κύκλου. Σχεδίαση κεντρικής μονάδας με την τεχνική της διοχέτευσης (pipeline). Αντιμετώπιση κινδύνων (δομικοί, δεδομένων, ελέγχου) σε σχεδιασμούς με διοχέτευση.
- Λειτουργία κρυφής μνήμης (cache memory) και τις εικονικής μνήμης (virtual memory). Τεχνικές και μέθοδοι σχεδιασμού για τη βελτίωση των επιδόσεων της κρυφής και εικονικής μνήμης.
Βασικές γνώσεις προγραμματισμού και Ψηφιακής Λογικής Σχεδίασης
Η συγκεκριμένη θεματική ενότητα ασχολείται με τα βασικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την απόδοση ενός επεξεργαστή κατά την εκτέλεση ενός συνόλου εντολών. Μέσα από τις ασκήσεις γίνονται κατανοητές οι παράμετροι που καθορίζουν την απόδοση και οι σχεδιαστικές επιλογής με σκοπό τη βελτίωσή της.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζεται ο τρόπος ανάπτυξης ρουτινών σε συμβολική γλώσσα του MIPS, η μετάφραση ρουτινών από γλώσσα C στη συμβολική γλώσσα και το αντίθετο. Επίσης, περιλαμβάνει την εκτίμηση της απόδοσης κατά την εκτέλεση των εντολών.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία τη αριθμητικής κινητής και σταθερής υποδιαστολής. Αναλύεται ο τρόπος χειρισμού των δεδομένων και η εκτέλεση αριθμητικών πράξεων σύμφωνα με τα πρότυπα της κάθε αριθμητικής.
Η συγκεκριμένη ενότητα ασχολείται με την κατανόηση της εσωτερικής δομής του επεξεργαστή MIPS και των στοιχείων που επηρεάζουν την απόδοσή του. Αναλύει τον τρόπο εφαρμογής της διοχέτευση και περιγράφει τις μεθόδους αντιμετώπισης των κινδύνων που απορρέουν από αυτή.
Η συγκεκριμένη ενότητα αναλύει την οργάνωση της μνήμης και έχει ως στόχο την κατανόηση της λειτουργία και της ιεραρχίας της. Παρουσιάζει την επίδραση της οργάνωσης της μνήμης στη λειτουργία του συστήματος και περιγράφει τις παραμέτρους της μνήμης που επηρεάζουν τη συνολική απόδοση του υπολογιστικού συστήματος.
Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα
Αρ. Επισκέψεων : 0
Αρ. Προβολών : 0
