Περιγραφή του Μαθήματος
Στόχοι του Μαθήματος:
-
Να δώσει σε όλους τους φοιτητές του Τμήματος
--μαζί με το προηγούμενό του μάθημα της Ψηφιακής Σχεδίασης--
τις ελάχιστες απαραίτητες γνώσεις
υλικού (hardware) και οργάνωσης/αρχιτεκτονικής υπολογιστών
τις οποίες θα χρειαστούν γιά την επαγγελματική τους σταδιοδρομία
και γιά να αντιμετωπίσουν τις ανάγκες των άλλων τομέων
της Επιστήμης και Τεχνολογίας των Υπολογιστών.
-
Να διδάξει στοιχειώδεις γνώσεις
σχετικά με τις γλώσσες Assembly.
-
Να δείξει πώς κατασκευάζεται
ένας ολόκληρος (έστω και απλός) υπολογιστής,
χρησιμοποιώντας μόνο τις λογικές πύλες και flip-flops
που ο φοιτητής ξέρει από την Ψηφιακή Σχεδίαση,
ούτως ώστε να απομυθοποιήσει τον υπολογιστή
και να δείξει ότι αυτός δεν είναι κανένα
"μαγικό κουτί" ή "ηλεκτρονικός εγκέφαλος",
αλλά απλώς ένα μεγάλο σύνολο
από εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια transistors.
-
Να αποτελέσει τη βάση πάνω στην οποία θα στηριχτούν
τα πιό προχωρημένα μαθήματα ψηφιακών συστημάτων και αρχιτεκτονικής,
γιά όσους φοιτητές επιλέξουν να τα παρακολουθήσουν.
Περιεχόμενο του Μαθήματος:
-
Η γλώσσα Assembly και η γλώσσα μηχανής,
σαν το μοντέλο αφαίρεσης που το hardware παρουσιάζει προς το software.
Παράδειγμα: ένα υποσύνολο αυτών των γλωσσών ενός επεξεργαστή RISC.
Στοιχειώδεις γνώσεις προγραμματισμού σε Assembly:
if-then-else, βρόχοι, πίνακες, pointers, στοίβα, κάλεσμα διαδικασιών.
-
Εγκυκλοπαιδική εισαγωγή
στη σύγχρονη τεχνολογία υλοποίησης των υπολογιστών.
-
Υλοποίηση επεξεργαστή χρησιμοποιώντας
καταχωρητές, πολυπλέκτες, αθροιστές, ALU's, μνήμες,
και συνδυαστική λογική.
Σχεδίαση του datapath.
Σχεδίαση της μονάδας ελέγχου.
Διακοπές-Εξαιρέσεις.
-
Σύντομη εισαγωγή στην τεχνική της ομοχειρίας (pipelining).
Ολίγα περί της επίδοσης (ταχύτητας) των υπολογιστών.
-
Σύστημα Μνήμης:
Εισαγωγή στις κρυφές μνήμες.
Εικονική μνήμη.
Καταστάσεις χρήστη-kernel,
κάλεσμα λειτουργικού συστήματος, προστασία.
-
Περιφερειακές Συσκευές
και η επικοινωνία τους με την κεντρική μονάδα.
Απεικόνιση I/O σε διευθύνσεις μνήμης.
Επικοινωνία με δειγματοληψία και με διακοπές. DMA.
Αρτηρίες (buses): αφέντης, σκλάβος, διαιτησία.
-
Σύντομη αναφορά στους παράλληλους υπολογιστές.
Ασκήσεις, Εργασίες, Βιβλίο:
-
Εβδομαδιαίες Ασκήσεις καθ' όλο το εξάμηνο,
οι οποίες περιλαμβάνουν, εκτός των άλλων, και τα:
-
Ασκήσεις προγραμματισμού σε γλώσσα Assembly,
στον προσομοιωτή SPIM της αρχιτεκτονικής MIPS (RISC).
-
Εργασία σχεδίασης και προσομοίωσης
ενός υποσύνολου του επεξεργαστή MIPS (RISC)
σε επίπεδο μεταφοράς καταχωρητών (RTL)
με χρήση της γλώσσας περιγραφής υλικού (HDL) Verilog.
-
Βιβλίο:
D. Patterson, J. Hennessy:
"Computer Organization & Design: the Hardware/Software Interface",
2nd Edition, 1997, Morgan Kaufmann Publishers,
ISBN 1-55860-428-6 (σκληρό εξώφυλλο) 1-55860-491-X (μαλακό εξώφυλλο).
Βλέπε και:
http://www.mkp.com/books_catalog/1-55860-428-6.asp.
Κεφάλαια: 1, 3, 5, 7, 8, λίγο 9, και Παράρτημα Α.
-
Άλλα δημοφιλή βιβλία που έχουν χρησιμοποιηθεί συχνά
(σε διεθνές επίπεδο) γιά το μάθημα:
- M. Mano: "Computer System Architecture",
Prentice-Hall, 2nd edition, 1982, ISBN 0-13-166611-8.
- V. Hamacher, Z. Vranesic, S. Zaky: "Computer Organization",
McGraw-Hill, 3rd edition, 1990, ISBN 0-07-100742-3.
-
Σημειώνεται ότι σε πολλά Πανεπιστήμια
δίδεται ο τίτλος "Αρχιτεκτονική Υπολογιστών"
σε μαθήματα με περιεχόμενο ανάλογο του ΗΥ-225
(όπως κάνει π.χ. και ο M. Mano στο βιβλίο του).
Εμείς, κρατάμε τον τίτλο "Αρχιτεκτονική Υπολογιστών"
γιά το πιό προχωρημένο μάθημα (ΗΥ-425),
όπου διδάσκονται οι τεχνικές αύξησης της επίδοσης (ταχύτητας)
ενός υπολογιστή με δοσμένο κόστος κατασκευής,
και χρησιμοποιούμε τον πιό μετριόφρωνα τίτλο "Οργάνωση Υπολογιστών"
γιά το παρών, εισαγωγικό μάθημα.
Θέση στο Πρόγραμμα Σπουδών:
-
Μάθημα Κορμού της Επιστήμης Υπολογιστών
(δηλαδή υποχρεωτικό γιά την αποφοίτηση).
-
Πέντε Διδακτικές Μονάδες (5 ΔΜ).
-
Προαπαιτούμενο:
ΗΥ-120 "Ψηφιακή Σχεδίαση"
(δηλαδή, η εγγραφή στο ΗΥ-225 επιτρέπεται μόνο σε όσους έχουν
ήδη περάσει επιτυχώς το ΗΥ-120).
-
Γιά όσους ενδιαφέρονται να μάθουν περισσότερα στον τομέα
hardware - ψηφιακά συστήματα - αρχιτεκτονική υπολογιστών,
προτείνονται τα μαθήματα επιλογής:
- ΗΥ-121
"Ηλεκτρονικά Κυκλώματα",
- ΗΥ-220
"Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων",
- ΗΥ-325 "Εργαστήριο Ενσωματωμένων Επεξεργαστών",
- HY-422 "Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI",
- ΗΥ-425
"Αρχιτεκτονική Υπολογιστών".
Διδάσκων, Βοηθοί:
Τμήματα Διδασκαλίας:
Φέτος θα εφαρμοστεί, πειραματικά, τουλάχιστο στην αρχή του εξαμήνου,
η διδασκαλία του μαθήματος σε δύο τμήματα,
με σκοπό την αποσυμφόρηση της αίθουσας
και την καλύτερη διδασκαλία του μαθήματος:
περίπου μισοί φοιτητές θα παρακολουθούν το ένα τμήμα,
και οι υπόλοιποι μισοί το άλλο
(εάν τα ακροατήρια μικρύνουν και το πείραμα δεν έχει ιδιαίτερη επιτυχία,
τα δύο τμήματα θα επανενοποιηθούν στη μέση του εξαμήνου).
Οι ασκήσεις και εξετάσεις θα είναι κοινές γιά τα δύο τμήματα.
Το περιεχόμενο της διδασκαλίας θα διαφοροποιηθεί ελαφρά στα δύο τμήματα,
γιά καλύτερη προσαρμογή στις ανάγκες και τα ενδιαφέροντα των φοιτητών:
-
HY-225B (τμήμα B - βασικό):
θα καλύπτεται η εξεταστέα ύλη αναλυτικά και προσεκτικά,
ώστε αυτή να γίνεται κατανοητή από όλους.
Το τμήμα αυτό απευθύνεται στους φοιτητές εκείνους
που τα ενδιαφέροντά τους είναι κυρίως
εκτός υλικού (hardware) και λογισμικού συστημάτων.
-
HY-225A (τμήμα A):
θα καλύπτεται η εξεταστέα ύλη με ταχύτερο ρυθμό,
και στον υπόλοιπο χρόνο θα θίγονται
πιό προχωρημένα θέματα, εκτός εξεταστέας ύλης.
Το τμήμα αυτό απευθύνεται στους φοιτητές εκείνους που έχουν
ιδιαίτερο ενδιαφέρον γιά το υλικό και λογισμικό συστημάτων
και γιά το μάθημα.
Σημείωση της 4 Μαρτίου 2002:
Το ακροατήριο κάθε τμήματος, κατά τα τελευταία 3 δίωρα διαλέξεων,
έχει μειωθεί στους περίπου 30 φοιτητές.
Επομένως, αφού το συνολικό ακροατήριο των 60 ατόμων
χωράει στο Αμφιθέατρο Γ,
τα δύο τμήματα διδασκαλίας καταργούνται από Δευτέρα 11 Μαρτίου.
Πρόγραμμα Διδασκαλίας, Ηλεκτρονική Επικοινωνία:
-
Διδασκαλία (από Δευτέρα 11/3 και πέρα):
Δευτέρα 3-5 (15:15 - 17:00) και Τετάρτη 11-1 (11:15 - 13:00),
στο Αμφιθέατρο Γ.
Αρχικό πρόγραμμα διδασκαλίας, από 11/2 έως 4/3:
- HY-225B:
Δευτέρα-Τετάρτη 11-1 (11:15 - 13:00), Αμφιθέατρο Γ.
- HY-225A:
Δευτέρα-Τετάρτη 3-5 (15:15 - 17:00), Αμφιθέατρο Γ.
-
Φροντιστήριο:
θα πραγματοποιείται όποτε προκύπτει ανάγκη, κατόπιν πρόσκλησης.
Μία πιθανή μέρα, ώρα, και τόπος είναι
Δευτέρα, 11-1, στο Αμφιθέατρο Γ.
Μία άλλη πιθανή μέρα, ώρα, και τόπος είναι
Παρασκευή, 5-7, στο Αμφιθέατρο Γ,
τις βδομάδες εκείνες που δεν πραγματοποιείται
το Φροντιστήριο του ΗΥ-150
που είναι στο ίδιο μέρος, μέρα, και ώρα.
-
Διαγωνισμός Προόδου:
Σάββατο, 30 Μαρτίου, 1-3 μ.μ.(13:00 - 15:00) (βδομάδα 7).
Η συμμετοχή των φοιτητών είναι υποχρεωτική.
-
Ιστοσελίδα μαθήματος:
http://www.csd.uoc.gr/~hy225/
-
Κατάλογος ηλεκτρονικού ταχυδρομείου μαθήματος:
hy225-list@csd.uoc.gr
(εγγραφείτε στέλνοντας e-mail στο
majordomo@csd.uoc.gr
που να περιέχει στο σώμα του μηνύματος (όχι στο θέμα)
τη γραμμή "subscribe hy225-list").
Βαθμολογία:
-
30 % από τους βαθμούς ασκήσεων
(οι ασκήσεις που είναι δυσκολότερες,
δηλαδή οι πιό πολύπλοκες ασκήσεις προγραμματισμού Assembly
και τα τελικά στάδια της εργασίας,
συμμετέχουν με μεγαλύτερο συντελεστή βάρους από τις ευκολότερες),
-
20 % από τον βαθμό διαγωνισμού προόδου,
-
50 % από τον βαθμό τελικής εξέτασης (οιασδήποτε περιόδου),
όταν ο βαθμός αυτός είναι τουλάχιστο 4.0.
Βαθμός τελικής εξέτασης κάτω του 4.0
προκαλεί αποτυχία στο μάθημα.
Οι εξετάσεις (προόδου & τελική) είναι με κλειστές σημειώσεις.
Καθυστερήσεις παράδοσης ασκήσεων και εργασιών
συνεπάγονται αφαίρεση
1 βαθμού (σε άριστα 10) γιά καθυστέρηση μέχρι και 4 ημερών,
2 βαθμών γιά καθυστέρηση 5 ημερών έως και 1 εβδομάδας,
4 βαθμών γιά καθυστέρηση 8 ημερών έως και 2 εβδομάδων,
και μηδενισμό πέραν τούτου.
Οι δυσκολότερες ασκήσεις θα εξεταστούν και προφορικά.
Κάθε αντιγραφή (ασκήσεις, εργασία, διαγωνισμοί)
τιμωρείται αυστηρά.
Συνιστάται ένθερμα στους εγγεγραμμένους στο μάθημα
να λύνουν ανελλειπώς όλες τις ασκήσεις και την εργασία,
να διαβάζουν το μάθημα καθ' όλη τη διάρκεια του εξαμήνου
--όχι μόνο κατά την εξεταστική περίοδο--
και να το περάσουν κατά την Α' εξεταστική περίοδο
--η εμπειρία του διδάσκοντα δείχνει ότι
τα μαθήματα περνιούνται πολύ ευκολότερα τότε,
όταν η ύλη είναι ακόμη φρέσκια στη μνήμη.