Αρχιτεκτονική Υπολογιστών (603ΕΔΕΕ)

  • Κωδικός Μαθήματος: 603ΕΔΕΕ
  • Εξάμηνο: 6ο
  • Διδάσκων Ακαδ. Έτος 2021-2022: Δρ. Μαρία Χαραλαμπίδου
  • Τύπος Μαθήματος: Επιστημονικής Περιοχής, Ανάπτυξης Δεξιοτήτων
  • Είδος Μαθήματος: Επιλογής (Ε)
  • Διδασκαλία Θεωρίας: 2 ώρες/εβδομάδα
  • Διδασκαλία Φροντιστήριο: 1 + 1 ώρες/εβδομάδα
  • Διδασκαλία Εργαστηρίου: – ώρες/εβδομάδα
  • Πιστωτικές μονάδες ECTS: 5
  • Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
  • Το μάθημα ΔΕΝ προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι η διδασκαλία των βασικών και προχωρημένων γνώσεων που απαιτούνται για την αρχιτεκτονική υπολογιστικών συστημάτων. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα πρέπει να είναι σε θέση:

  1. Έχει κατανόηση των βασικών και κρίσιμων θεμάτων αρχιτεκτονικής υπολογιστών.
  2. Έχει τις εξειδικευμένες γνώσεις σε προχωρημένα θέματα που απαντώνται σε σύγχρονους επεξεργαστές και υπολογιστικά συστήματα.
  3. Εξηγεί και να επιλύει προβλήματα που σχετίζονται με τους πυρήνες σύγχρονων επεξεργαστών και τη δρομολόγηση εντολών σε αυτούς, τόσο δυναμική όσο και στατική, ή να σχολιάζει θέματα από σημαντικές δημοσιεύσεις.
  4. Μελετάει πραγματικούς επεξεργαστές, να αναπτύσσει κώδικα Assembly, περιγραφής υλικού ή προσομοίωσης υψηλού επιπέδου με εξειδικευμένα εργαλεία

Γενικές Ικανότητες

  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Σχεδιασμός και διαχείριση έργων
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

  1. Σύντομη επισκόπηση της οργάνωσης ενός Η/Υ, με ιδιαίτερη έμφαση στο μικροεπεξεργαστή.
  2. Αξιολόγηση επιδόσεων αρχιτεκτονικών με βάση μετροπρογράμματα.
  3. Μερική επικάλυψη εντολών και σχεδίαση μονάδας ελέγχου που να επιτρέπει επικάλυψη.
  4. Μελέτη της δυνατότητας επικάλυψης μονάδων εκτέλεσης.
  5. Επικάλυψη πολλών βαθμίδων και υπερβαθμωτοί επεξεργαστές.
  6. Δυναμική δρομολόγηση εντολών για εκτέλεση εντολών εκτός σειράς με βάση πίνακα παρακολούθησης και σταθμούς δέσμευσης, καθώς και εφαρμογή σε σύγχρονους επεξεργαστές.
  7. Στατική δρομολόγηση εντολών, επεξεργαστές πολύ μεγάλης λέξης εντολής (VLIW) και ειδικά θέματα προγραμματισμού για στατική δρομολόγηση εντολών.
  8. Τεχνικές βελτίωσης απόδοσης σύγχρονων επεξεργαστών με μοντέλα πρόβλεψης διακλάδωσης, υποθετικής και βεβαιωμένης εκτέλεσης.
  9. Προχωρημένα θέματα οργάνωσης μνήμης και περιφερειακών συσκευών, καθώς και προσπέλαση αυτών για επεξεργαστές υψηλής απόδοσης.
  10. Εισαγωγή σε παράλληλες αρχιτεκτονικές, από πολλαπλές ροές ελέγχου μέχρι πολυεπεξεργαστές και πολυυπολογιστές, καθώς και εισαγωγή σε θέματα συνοχής κρυφής μνήμης, συνέπειας μνήμης και συγχρονισμού.
  11. Να αναπτύξουν δεξιότητες σε γλώσσα Assembly επεξεργαστή ARM RISC με κατάλληλα εργαλεία λογισμικού και σε υλικό ευρείας χρήσης (Raspberry).

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι – Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

  • Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

  • Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών (Power point presentations).
  • Ιστοσελίδα του μαθήματος με υποστηρικτικό και βοηθητικό υλικό.
  • Λογισμικό προγραμματισμού και υλοποίησης ψηφιακών κυκλωμάτων.
  • Χρήση courses.cs.ihu.gr
  • Χρηση του Moodle του τμήματος: https://moodle.cs.ihu.gr/
  • Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.
  • O σύνδεσμος διδασκαλίας εξ αποστάσεως είναι διαθέσιμος στο moodle του μαθήματος.

Οργάνωση Διδασκαλίας

ΔραστηριότηταΦόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις52 ώρες
Φροντιστηριακές Ασκήσεις26 ώρες
Γραπτές Εξετάσεις2 ώρες
Γραπτές Εργασίες20 ώρες
Αυτοτελής Μελέτη25 ώρες
Σύνολο125 ώρες (5 ECTS)

Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (75%) που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση.

ΙΙ. Παράδοση πέντε (5) Σετ Ασκήσεων (25%) κατά τη διάρκεια του εξαμήνου.

Η εξέταση του μαθήματος γίνεται με ανοικτό το κύριο σύγγραμμα του μαθήματος.

Ο βαθμός του μαθήματος (BM=ΓΕ*0,75 + ΣΑ*0,25) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).

Η βαθμολογία από τα 5 σετ Ασκήσεων διατηρείται ΜΟΝΟ για μια ακαδημαϊκη χρονία (δηλ. μέχρι και τις επαναληπτικές εξετάσεις του Σεπτεμβρίου). Ο φοιτητής που στην εξέταση του Ιουνίου θα συγκεντρώσει στην ΓΕ βαθμό μεγαλύτερο του >4 τότε εξετάζονται και οι Ασκήσεις και υπολογίζεται ο ΒΜ και καταχωρείται στην Γραμματεία. Η ίδια διαδικασία επαναλαμβάνεται και τον Σεπτέμβριο.

Η τελική εξέταση φοιτητών με δυσλεξία ή σημαντικό πρόβλημα υγείας γίνεται μετά από συνεννόηση.
Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος «Εύδοξος»

  1. Hennessy John L. και Patterson David A. «Αρχιτεκτονική Υπολογιστών», ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 4η Έκδοση/2011, ISBN: 978-960-418-326-5. , Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 94644180 (Κύριο Σύγγραμα).
  2. RANDAL E. BRYANT, DAVID R. O’HALLARON, «ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ: ΜΙΑ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΗ», Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 86055860.

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

  1. Ψηφιακή Σχεδίαση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Έκδοση ARM®, Sarah L. Harris, David Money Harris, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2020
  2. Stallings William, «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών», ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 10η Έκδοση/2016, ISBN: 978-960-418-580-1.
  3. Andrew S. Tanenbaum, «Η Αρχιτεκτονική των Υπολογιστών: Μια Δομημένη Προσέγγιση», Εκδόσεις Κλειδάριθμος ΕΠΕ, Έκδοση: 4η/2000, ISBN: 960-209-403-6.

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

  1. «Computer Architecture: A Quantitative Approach» by John L. Hennessy, David A. Patterson, MK Publications.
  2. «The Essence of Microprocessor Engineering», S. Katzen, Prentice Hall, 1998.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

  1. Journal of IEEE Computer Architecture Letters
  2. Computers — Open Access Journal – MDPI
iEES Lab 2019