معماری کامپیوتر

در این درس، هدف اصلی آموزش نحوه‌ی طراحی و پیاده‌سازی اجزای مختلف پردازنده کامپیوتر و نحوه‌ی تعامل آن‌ها در اجرای دستورالعمل‌های یک برنامه و تکنیک‌های مختلف پیاده‌سازی معماری‌ پردازنده است.

1. مقدمه
   • سطوح تجرید و توصیف کامپیوتر
   • مقدمه‌ای بر نسل‌های کامپیوتر و انواع آن
   • مدل فون‌نویمن (Von Neumann)
2. نمایش داده
   • مرور سیستم‌های نمایش دیجیتال برای اعداد علامت‌دار و بدون علامت، صحیح و ممیز شناور
   • بررسی دقت مطلق و نسبی و بازه‌ی نمایش
   • نویسه‌ها (Characters): کدهای پایه ۷ و ۸ بیتی، کدهای جامع ۱۶ و ۳۲ بیتی
3. ساختار کامپیوتر
   • واحد پردازش مرکزی، واحد محاسبات و منطق، ثبات‌ها، واحد کنترل، حافظه اصلی
   • گذرگاه (Bus) مشترک، سیکل واکشی- اجرا (Fetch-Execute)
   • مدهای آدرس‌دهی: آنی (چسبیده به عملوند)، مستقیم (مطلق)، غیرمستقیم، نسبی، ضمنی، اندیسی، قطعه‌ای، صفحه‌ای
   • برنامه‌سازی به زبان اسمبلی و ترجمه‌ی آن به زبان ماشین در چند کامپیوتر ساده
   • اسمبلر، اشکال‌زدا (Debugger)، کامپایلر، ربط‌دهنده (Linker) و بارکننده (Loader)
4. تعریف و اندازه‌گیری کارایی پردازنده و کامپیوتر
   • عوامل موثر در کارایی کامپیوتر
   • فرمول و تعریف کارایی
   • افزارسنجی (Benchmarking) و نمونه‌های آن
5. آشنایی با مجموعه دستورالعمل یک کامپیوتر CISC و یک کامپیوتر RISC
   • معرفی ساختار کامپیوتر مورد نظر و شیوه‌های نشانی‌دهی آن
   • معرفی دستورالعمل‌ها و برنامه‌سازی به زبان اسمبلی کامپیوتر مورد نظر
   • معرفی ساختار‌های مرسوم برنامه‌سازی ساختارمند (زیربرنامه، ماکرو)
   • وقفه و مدیریت آن
6. طراحی واحد اجرایی یا مسیر داده و کنترل سیم‌بندی‌شده
   • مروری بر مدهای آدرس دهی
   • مروری بر سطح و زبان انتقال ثبات (RTL)
   • معماری مجموعه ‌‌دستورالعمل (Instruction Set Architecture)
   • تحلیل و طراحی گام به گام یک پردازنده‌ی نمونه (MIPS/RISC-V)
   • بررسی پیاده‌سازی وقفه و روش سرکشی
   • توصیف و طراحی واحد کنترل
7. واحد کنترل ریزبرنامه‌پذیر
   • مرور کاستی‌ها و مزایای نسبی این نوع کنترل به کنترل سیم‌بندی‌شده
   • بررسی معماری نمونه و مثال
8. سیستم حافظه
   • طرز کار و معرفی انواع حافظه و سلسله مراتب آن
   • حافظه‌ی نهان و بررسی انواع نگاشت‌های مستقیم، کاملا شرکت‌پذیر و شرکت‌پذیر مجموعه‌ای
9. الگوریتم‌های حسابی
   • الگوریتم‌های جمع، تفریق، ضرب و تقسیم
   • معماری‌های حسابی
   • ضرب با کدگذاری بوت (Booth) و آرایه‌ای
10. مروری برروش‌های I/O
    • روش‌های دست‌تکانی (Handshaking)
11. معماری‌های پیشرفته
    • مروری بر روش‌های تسریع و موازی‌سازی
    • بررسی اجمالی معماری پایپلاین و زمان اجرا در آن

• میان ترم : ۲۵%
• پایان ترم: ۳۵%
• تمرین‌های دستی (۵ تمرین دستی): ۱۰%
• تمرین‌های کامپیوتری (۴ تمرین کامپیوتری): ۲۵%
• کوییز: ۵%