You are not allowed to perform this action
معماری کامپیوتر
Computer Architecture
| مقطع: کارشناسی | گرایش: معماری کامپیوتر |
| نوع درس: نظری | تعداد واحد: ۳ |
| پیش‌نیاز: ساختار و زبان کامپیوتر | هم‌نیاز: – |
هدف کلی
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.
سرفصل‌ها
- مقدمه
- سطوح تجرید و توصیف کامپیوتر
- مقدمه‌ای بر نسل‌های کامپیوتر و انواع آن
- مدل فون‌نویمن (Von Neumann)
- 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
- 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)
- تعریف و اندازه‌گیری کارایی پردازنده و کامپیوتر
- عوامل موثر در کارایی کامپیوتر
- فرمول و تعریف کارایی
- افزارسنجی (Benchmarking) و نمونه‌های آن
- 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
- 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
- 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 پیشنهادی
- میان ترم : ۲۵%
- پایان ترم: ۳۵%
- تمرین‌های دستی (۵ تمرین دستی): ۱۰%
- تمرین‌های کامپیوتری (۴ تمرین کامپیوتری): ۲۵%
- کوییز: ۵%
منابع پیشنهادی
- J. Hennessy and D. Patterson. Computer Organization and Design MIPS Edition: The HW/SW Interface. 6th Edition, Morgan Kaufmann, 2020.
- M. Mano. Computer System Architecture. Revised 3rd Edition, Prentice Hall, 2017.
- J. P. Hayes. Computer Architecture and Organization. McGraw-Hill, 3rd Edition, 1988.
- M. A. Mazidi, J. G. Mazidi, and D. Causey. The x86 PC: Assembly Language, Design, and Interfacing. 5th Edition, Prentice Hall, 2010.