معماری کامپیوتر

معرفی و اهداف درس

هدف از این درس، آشنایی دانشجویان رشته مهندسی کامپیوتر با معماری و سازمان‌دهی پردازدنده‌ها است که شامل آشنایی با معماری دستورالعمل و نیز ساختار داخلی پردازنده می‌شود. در ضمن دانشجویان با محاسبات کامپیوتری مورد استفاده در پردازنده‌ها همه‌منظوره نیز آشنا می‌شوند که شامل نمایش اعداد و عملیات اصلی شامل جمع، تفریق، ضرب و تقسیم در سیستم‌های عددی مخالف می‌شود. در ادامه، سلسله مراتب حافظه در سیستم‌های پردازشی مورد بحث قرار می‌گیرد.

دانشجویانی که این درس را با موفقیت پشت سر بگذارند بینش مناسبی در موارد زیر خواهند داشت:

1- معماری‌های مختلف کم‌دستور / پردستور

2- تحلیل کارآیی پردازنده‌ها

3- طراحی و پیاده‌سازی پردازنده‌ها

4- الگوریتم‌های حساب کامپیوتری در پردازنده‌ها

5- طراحی اجزای جانبی و ارتباط آن‌ها با پردازنده

فهرست مطالب درسی

1- مقدمات:

- تاریخچه کامپیوتر و پردازنده‌ها

- کاربرد پردازنده‌ها در دنیای کنونی

- دسته‌بندی انواع پردازنده

2- معرفی مفاهیم پایه:

- معرفی اجزای اصلی یک پردازنده

- معرفی مفهوم مجموعه دستور‌العمل

- مفاهیم معماری کامپیوتر و سازمان کامپیوتر

- سیستم‌های عددی و عملیات پایه

3- معرفی زبان مدل‌سازی سخت‌افزار وریلاگ

- معرفی زبان و ساختارهای پایه مدل سازی در آن.

- مثال‌های مدل‌سازی اجزای یک پردازنده شامل بخش‌های ترکیبی و ترتیبی و خط لوله.

4- طراحی پردازنده

- طراحی مسیر داده

- طراحی واحد کنترل

+ کنترل سیم‌بندی شده

+ کنترل به‌صورت ریزبرنامه‌ریزی

- مقایسه و تحلیل معماری RISC و CISC

- ارزیابی کارآیی پردازنده‌های کامپیوتری

5- معرفی مکانیسم خط لوله

- مسیر داده خط لوله

- مسیر کنترل خط لوله- معرفی مخاطرات خط لوله و روش‌های حل یا کاهش این مخاطرات

- ارزیابی کارآیی پردازنده‌های دارای خط لوله

6- سلسله مراتب حافظه

- تحلیل علل نیاز به وجود سلسله مراتب حافظه

- حافظه نهان

7- حساب کامپیوتری

- الگوریتم‌های حسابی صحیح برای عملیات جمع، تفریق، ضرب و تقسیم برای اعداد

- الگوریتم‌های ممیز شناور برای عملیات جمع، تفریق، ضرب و تقسیم برای اعداد

8- تجهیزات جانبی پردازنده

- روش‌های ارتباطی پردازنده با ادوات جانبی

- ارتباط برنامه‌ریزی‌شده (Programmed I/O)

- ارتباط با استفاده از وقفه (Interrupted I/O)

- دسترسی مستقیم به حافظه (DMA)

- انواع گذرگاه‌ها

9- معرفی پردازنده های چندهسته‌ای