معماری کامپیوتر

Computer Architecture

شماره درس: ۴۰۳۲۳ تعداد واحد: ۳
مقطع: کارشناسی نوع درس: نظری
پیش‌نیاز: ساختار و زبان کامپیوتر هم‌نیاز: –

اهداف درس

در درس ساختار و زبان کامپیوتر، دانشجویان با اجزای مختلف کامپیوتر و نحوه‌ی تعامل آن‌ها در اجرای دستورالعمل‌های یک برنامه آشنا شدند. در این درس، هدف اصلی آموزش نحوه‌ی طراحی و پیاده‌سازی این اجزا و تکنیک‌های مختلف پیاده‌سازی معماری‌های متفاوت برای کاربردهای مختلف است.

ریز مواد

  • مروری بر اجزای پایه و تاریخچه‌ی کامپیوتر
    • یادآوری مدارهای ترکیبی و ترتیبی، مزیت‌های تکنولوژی دیجیتال نسبت به آنالوگ، مالتی پلکسر، دیکودر، گیت سه‌حالته، گذرگاه (باس)
    • سطوح تجرید و توصیف کامپیوتر
    • تاریخچه و مرور نسل‌های کامپیوتر
  • نمایش اعداد
    • مرور و آموزش انواع شیوه‌های سیستم‌های نمایش دیجیتال برای اعداد علامت‌دار و بدون علامت، صحیح و ممیز شناور، بررسی دقت مطلق و نسبی و بازه‌ی نمایش
  • تعریف و اندازه‌گیری کارایی پردازنده و کامپیوتر
    • عوامل موثر در کارایی کامپیوتر
    • تعریف کارایی (معکوس زمان اجرا)
    • فرمول کارایی
    • افزارسنجی (Benchmarking) و نمونه‌های آن
  • طراحی واحد اجرایی (یا مسیر داده=Data path) و کنترل سیم‌بندی‌شده
    • مروری بر مدهای آدرس دهی
    • مروری بر سطح و زبان انتقال بین ثبات (RTL)
    • معماری مجموعه‌‌دستورالعمل (Instruction Set Architecture)
    • تحلیل و طراحی گام به گام یک پردازنده‌ی نمونه (Mips)
    • بررسی پیاده‌سازی وقفه و روش سرکشی
    • توصیف و طراحی واحد کنترل
  • واحد کنترل ریزبرنامه‌پذیر
    • مرور کاستی‌ها و مزایای نسبی این نوع کنترل به کنترل سیم‌بندی‌شده
    • بررسی معماری نمونه و مثال
  • سیستم حافظه
    • طرز کار و معرفی انواع حافظه و سلسله مراتب آن
    • حافظه‌ی نهان و بررسی انواع نگاشت‌های مستقیم، کاملا شرکت‌پذیر و شرکت‌پذیر مجموعه‌ای
  • الگوریتم‌های حسابی
    • الگوریتم‌های جمع، تفریق، ضرب و تقسیم
    • معماری‌های حسابی
    • ضرب با کدگذاری بوت (Booth) و آرایه‌ای
  • مروری برروش‌های I/O
    • روش‌های دست‌تکانی (Handshaking)
  • معماری‌های پیشرفته
    • مروری بر روش‌های تسریع و موازی‌سازی
    • بررسی اجمالی معماری پایپلاین و زمان اجرا در آن

ارزیابی

  • تمرین‌های نظری: ۳ نمره
  • آزمون‌‌های میان‌ترم و پایانی: ۱۵ نمره
  • آزمونک‌ها: ۲ نمره

مراجع

  1. D. A. Patterson and J. L. Hennessey. Computer organization and design. 3rd Edition, Elsevier (Morgan Kaufmann), 2005.
  2. M. Mano. Computer system architecture. 3rd Edition, Prentice Hall, 1992.