ΗΥ-225: Οργάνωση Υπολογιστών

Τα πιό Πρόσφατα (TO DO):

• Τελική Εξέταση: Πέμπτη, 1 Ιουνίου 2023, ώρα 09:30 - 12:30 → Κανονισμός και Ύλη Εξέτασης

• Επανάληψη (29/5/2023, ώρα 2-5) – διαφάνειες και βιντεοσκοπήσεις Αν'21:
  • Διαφάνειες 1 (pdf): Assembly
  • Βιντεοσκοπημένες Διαλέξεις: Slides 1-11 (mp4) (ALU instructions) – Slides 12-16 (mp4) (branch/if/while) – Slides 17-23 (mp4) (load/store) – Slides 24-29 (mp4) (little-big end.) – Slides 30-39 (mp4) (alignment) – Slides 40-44 (mp4) (formats, PC-rel) – Slides 45-53 (mp4) (jumps, slt) – Slides 54-61 (mp4) (s/t reg's, call conv.)
  • Διαφάνειες 2 (pdf): Υλοποίηση Επεξεργαστών, Ομοχειρία (Pipelining)
  • Βιντεοσκοπημένες Διαλέξεις: Slides 1-9 (mp4) (intro. pipelining) – Slides 10-18 (mp4) (forwarding) – Slides 19-21 (mp4) (load-wait) – Slides 22-26 (mp4) (control depend.) – Slides 27-31 (mp4) (performance, CPI)
  • Διαφάνειες 3 (pdf): Συστήματα Μνήμης, Περιφερειακά-Επικοινωνία, Συνοχή, κ.α.
  • Βιντεοσκοπημένες Διαλέξεις: Slides 1-9 (mp4) (direct mapped caches) – Slides 10-15 (mp4) (line size) – Slides 16-18 (mp4) (set associative) – Slides 19-26 (mp4) (virtual memory) – Slides 27-32 (mp4) (exceptions) – Slides 33-39 (mp4) (I/O, DMA) – Slides 40-48 (mp4) (coherence, adv. proc.)

• Rendez-vous γιά προφορικές εξετάσεις ασκήσεων: www.csd.uoc.gr/~hy225/rendezvous/
• Οδηγίες παράδοσης ασκήσεων on-line: www.csd.uoc.gr/index.jsp?custom=use_the_turnin

Φετινό Υλικό (Spring 2023) – Ασκήσεις (Exercises) και σύντομες Σημειώσεις Διδασκαλίας (short Lecture Notes):

• Περιγραφή του Μαθήματος [(old!) PDF] του Μαθήματος (Course Content in English) – Διαφάνειες (pdf) – Διάλεξη Αν'21 (mp4)
  • Ανάπτυξη του ευρωπαϊκού οικοσυστήματος RISC-V Processors for HPC, 2024-2029 (προϋπολογισμός 270 M€)
  • Recommendations and Roadmap for European Sovereignty on open source hardware, software and RISC-V Technologies
  • The European Processor Initiative (και μία σχετική ομιλία στο ΙΤΕ και άλλες ομιλίες) – RISC-V Tutorial at the Hot Chips 2019 Symposium.

• Ασκήσεις 1 (έως Τε. 15 Φεβ. 2023 - βδ.2.2) [PDF]: Εισαγωγικά περί επεξεργαστή και καταχωρητών γενικών σκοπού, Γλώσσα Assembly, οι εντολές add, sub, και addi, ο Προσομοιωτής RARS, και γνωριμία με τη χρήση του.
  • Διαφάνειες 01a Αν'23 (pdf)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Αν'21: slides 2-3 (επανάληψη), slides 4-8 (καταχωρητές vs. μνήμη), slides 9-13 (CISC, RISC, ιστορία, Ευρώπη), slides 14-19 (εντολές add, sub, addi), slides 20-22 (ο προσομοιωτής RARS).
  • Προσκεκλημένος Ομιλητής (8 Φεβ. 2023): Νίκος Κοσσυφίδης (ΙΤΕ-ΙΠ), Member, Technical Steering Committee, RISC-V International: "Μια γρήγορη ματιά στο RISC-V σήμερα" – Διαφάνειες (pdf)

• Ασκήσεις 2 (έως Κυ. 19 Φεβ. 2023 - βδ.2.4) [PDF]: Βρόχοι και I/O στον RARS, προσημασμένοι και επέκταση προσήμου.
  • Διαφάνειες 02a Αν'22 (pdf)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Αν'21: slides 2-9 (Βρόχοι και I/O στον RARS), slides 10-13 (sign-extension, κ.α. από §4 & §5)

• Ασκήσεις 3 (έως Τρ. 28 Φεβ. 2023 - βδ.4.2) [PDF]: Προσπελάσεις Μνήμης.
  • Διαφάνειες 03a Αν'22 (pdf): εντολές load/store και οι χρήσεις τους
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 03a Αν'21: slides 2-8 (byte-addressable, addr-modes), slides 3-9 (width, unsigned, structures), slides 10-12 (memory layout, sp, gp), slides 13-16 (πίνακες).
  • Διαφάνειες 03b Αν'21 (pdf): Little-Endian, Big-Endian, Ευθυγράμμιση
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 03b Αν'21: slides 2-7 (Little-Endian, Big-Endian), slides 8-9 (endianness και μεταφορές), slides 10-11 (ευθυγράμμιση half-words), slides 10-15 (ευθυγρ.: διαγράμματα), slides 16-19 (.align .space LS-addr-bits)

• Ασκήσεις 4 (έως Δε. 6 Μαρ. 2023 - βδ.5.1) [PDF]: Γλώσσα Μηχανής, Format Εντολών.
  • Διαφάνειες 04a Αν'21 (pdf): Μεγέθη Εντολών και η θέση του Opcode στον RISC-V
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 04a Αν'21: slide 2 (εντολές RISC συνήθως 32 bits), slides 3-7 (εντολές RV 16 και 32 bits), slides 8-9 (πεδία μεταβλητού μεγέθους)
  • Διαφάνειες 04b Αν'23 (pdf): Τα Format Εντολών του βασικού RISC-V (και η εντολή lui 20-μπιτων σταθερών)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 04b Αν'21: slides 2-4 (θέση πεδίων καταχωρητών), slides 5-11 (τα format εντολών του RV) slides 7-8 (load upper immediate, κ.α.)

• Ασκήσεις 5 (έως Δε. 13 Μαρ. 2023 - βδ.6.1) [PDF]: Εντολές Μεταφοράς Ελέγχου και Συγκρίσεων.
  • Διαφάνειες 05a Αν'21 (pdf): Διακλαδώσεις, PC-relative, If-then-else, Βρόχοι.
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 05a Αν'21: slides 2-3 (συνθήκες διακλάδωσης), slides 4-7 (PC-relative, if-then-else), slides 8-10 (βρόχοι, σύνθετες συνθήκες).
  • Διαφάνειες 05b Αν'22 (pdf) Άλματα, Κλήση Διαδ./Επιστροφή, Switch, Relocatable code - auipc, Boolean.
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 05b Αν'21: slides 2-7 (j, jal, jr, switch), slides 8-14 (jalr, branch far, slt), slides 9-10 (dynamic linking: βλ. τέλος) slides 11-12 (auipc: βλ. τέλος).

• Διαλέξεις 6 [PDF] (ίδιες με Αν'21): Κλήση Διαδικασιών, Χρήση και Σώσιμο Καταχωρητών, Αναδρομή, η Στοίβα.
  • Διαφάνειες 06a Αν'22 (pdf): Συμβάσεις Χρήσης, Διατήρησης, Επαναφοράς Καταχωρητών.
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 06a Αν'21: slides 2-3 (εισαγωγικά), (παλαιότερη εκδοχή: slides 5, 11, 12), slides 4-12 (συμβάσεις saved, tmp), slides 13-18 (τι συμφέρει πότε), slide 19 (παράδειγμα: factorial).

• Άσκηση 7 (έως Τε. 22 Μαρ. 2023 - βδ.7.2) [PDF]: Άσκηση Διαδικασιών και Συνδεδεμένης Λίστας.

• Ασκήσεις 8 (έως Τε. 29 Μαρ. 2023 - βδ.8.2) [PDF]: Μία Απλή Υλοποίηση του RISC-V σε έναν (μακρύ) Κύκλο Ρολογιού ανά Εντολή.
  • Διαφάνειες 08a Αν'23 (pdf)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 08a Αν'21: slide 2 (datapath), slide 3 (3-port register-file), slides 4-7 (immediates), slides 8-13 (anim. εντολών, κύκλ.ελέγχου), slides 14-16 (opcodes), slides 17-18 (υποαπασχόληση πόρων), slides 19-21 (εξοικονόμηση πόρων)

• Εξέταση Προόδου: Σάββατο, 18 Μαρτίου 2023, ώρα 11-1 → Κανονισμός και Ύλη Εξέτασης Προόδου

• Ασκήσεις 9 (έως Μ.Τε. 12 Απρ. 2023 - βδ.9.5) [PDF]: Pipelining (Ομοχειρία) – απλή pipeline 5 βαθμίδων με εκτέλεση εντολών στην αρχική σειρά (in order), ο προσομοιωτής Ripes.
  • Διαφάνειες 09a Αν'21 (pdf): Εισαγωγή στην Ομοχειρία (Pipelining)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 09a Αν'21: slides 2-7 (παρομοιώσεις), slides 8-12 (βασικές αρχές)
  • Διαφάνειες 09b Αν'20 (pdf): Η κλασική pipeline των 5 βαθμίδων, datapath, έλεγχος, διαγράμματα χρονισμού
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 09b Αν'21: slides 2-11 (datapath), slides 12-15 (έλεγχος), slides 14-24 (διάγραμμα χρονισμού).
  • Διαφάνειες 09c Αν'23 (pdf): Αλληλεξαρτήσεις Δεδομένων: από εντολή ALU, από εντολή load. Φύλλο εργασίας: Pipeline & forwarding Worksheet (PDF)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 09c Αν'21: slides 1-3 (RAW, πότε ανησυχούμε εμείς), slides 4-6 (ALU vs. Load dependences), slides 7-10 (forwarding), slides 11-12 (έλεγχος γιά προωθήσεις), slides 13-15 (εξάρτηση από load), slides 16-17 (κύκλωμα αναμονής), slide 18 (instruction scheduling)
  • Διαφάνειες 09d Αν'22 (pdf): Αλληλεξαρτήσεις Ελέγχου – Πρόβλεψη Διακλαδώσεων
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 09d Αν'21: slides 1-3 (speculate-abort), slides 4-5 (early PC+2*Imm), slides 6-7 (Branch Target Buffer), slides 7-12 (prediction pipe, 2-bit predictor)

• Ασκήσεις 10 (έως Τε. 19 Απρ. 2023 - βδ.9.8) [PDF]: – Επίδοση Επεξεργαστών, CPI.
  • Διαφάνειες 10 Αν'20 (pdf) [Πηγή: διαφάνειες 28, 31, και 33-37 κεφαλαίου 1 βιβλίου, που βρίσκονται (PPT) στο: www.elsevier.com/__data/assets/powerpoint_doc/0010/273709/Chapter_01-RISC-V.ppt]
  • Βιντεοσκοπημένη Διάλεξη 10 Αν'21

• Ασκήσεις 11 (έως Τε. 26 Απρ. 2023 - βδ.10.2) [PDF]: Κρυφές Μνήμες (Caches):
  • Διαφάνειες 11a Αν'22 (pdf): Ιεραρχία Μνημών
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 11a Αν'21: old slides 2-3 (τοπικότητα), slides 2-5 (ιεραρχία μνημών), slide 6 (αναζήτηση σε μικρότερες μνήμες)
  • Διαφάνειες 11b Αν'23 (pdf): Κρυφές Μνήμες
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 11b Αν'21: slides 2-4 (εισαγωγικά), slides 2-5 (direct mapping), slides 6-20 (tag bits, performance), slides 21-22 (π.χ. line-size=4 words), slides 23-26 (line-size: υπέρ και κατά), slides 27-29 (write-through/write-back), slide 30 (write allocation), slides 31-36 (set-associative caches), slides 37-41 (circuit, LRU, multilevel), slides 42-44 (αλγόριθμος και τοπικότητα)

• Ασκήσεις 12 (έως Τε. 10 Μαΐου 2023 - βδ.12.2) [PDF]: Εικονική Μνήμη (Virtual Memory), Εξαιρέσεις (Exceptions):
  • Διαφάνειες 12a Αν'23 (pdf): Εικονική Μνήμη
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 12a Αν'21: slides 2-3 (στόχοι, δομή), slides 4-6 (μετάφραση και προστασία), slides 7-9 (πολυεπίπεδοι πίνακες), slides 10-11 (reference and dirty bits), slides 12-13, 17 και slide 17 (TBL, interaction w. cache)
  • Διαφάνειες 12b Αν'21 (pdf): Προστασία, User/kernel mode, Διακοπές - Εξαιρέσεις - Page faults
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 12b Αν'21: slide 2 (user mode), slides 3-10 (kernel mode; exceptions in pipeline)

• Ασκήσεις 13 (έως Πε. 18 Μαΐου 2023 - βδ.13.2) [PDF]: DRAM, Διαφύλλωση, Μονάδες Εισόδου/Εξόδου (I/O), DMA
  • Διαφάνειες 13a Αν'23 (pdf): Μνήμες DDR SDRAM, Διαφύλλωση, Κόστος Εκκίνησης και Παροχή
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 13a Αν'21: slides 1-2 (DDR SDRAM), slides 3-7 (interleaving), slides 8-12 (δίσκοι, startup/throughput)
  • Διαφάνειες 13b Αν'23 (pdf): Επικοινωνία του Επεξεργαστή με τις Περιφερειακές Συσκευές
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 13b Αν'21: slides 13-18 (memory-mapped I/O, non-cacheable I/O pages), slides 19-20 (memory consistency), slides 21-26 (I/O interrupts), slide 27 (I/O buffers for fast devices), slide 28 (DMA, cache flush)

• Ασκήσεις 14 (έως Σα. 27 Μαΐου 2023 - βδ.F.3) [PDF]: Cache Coherence, Advanced Processors (out-of-order, superscalar, multi-threaded, multicore)
  • Διαφάνειες 14a Αν'23 (pdf) Κοινόχρηστη Μνήμη (shared memory), Συνοχή Κρυφών Μνημών (cache coherence)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 14a Αν'21: slides 1-3 (shared memory multiproc.), slides 4-8 (coherence, snooping), slides 9-12 (wr-invalidate, MOESI states), slides 12-14 (MSI, MESI, MOESI protocols)
  • Διαφάνειες 14b Αν'21 (pdf) Multiple Issue, SIMD, Vector, Multithreading, Graphics processors
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 14b Αν'21: slides 1-9 (mult. issue / superscalar), slides 11-14 (Amdahl's law, scaling), slides 15-19 (SIMD, Vector), slides 20-29 (multithreading, GPU, message passing)

Θέματα Δύο Εξετάσεων – Αν'14, Αν'20:

• Εαρινό εξάμηνο 2014: Θέματα, Απαντήσεις, και Εξηγήσεις της Εξέτασης Προόδου 2014 (Moodle Quiz format)
• Τελική Εξέταση Β' Περιόδου Αν'20 – κατ' επιλογήν είτε με φυσική παρουσία είτε εξ αποστάσεως
  • Κανονισμός γιά εξ αποστάσεως Εξέταση
  • Θέματα Εξέτασης Β' Περιόδου

Σελίδες και Ασκήσεις Παλαιοτέρων Ετών (Previous Years):

• Άνοιξη 2022 (Μ. Κατεβαίνης)
• Άνοιξη 2021 (Μ. Κατεβαίνης – fully video-recorded)
• Άνοιξη 2020 (Μ. Κατεβαίνης – using RISC-V; second half video-recorded)
• Άνοιξη 2019 (Μ. Κατεβαίνης – first year taught with the RISC-V Instruction Set)
• Άνοιξη 2018 (Μ. Κατεβαίνης – last year taught with the MIPS Instruction Set)
• Άνοιξη 2017,  Άνοιξη 2016,  Άνοιξη 2015,  Άνοιξη 2014 (Μ. Κατεβαίνης)
• Άνοιξη 2013 (Σωτηρίου - Κατεβαίνης): πρωτεύουσα σελίδα (primary page), δευτερεύουσα σελίδα (secondary page).
• Άνοιξη 2012 (Κατεβαίνης - Σωτηρίου): πρωτεύουσα σελίδα (primary page - UTF-8 encoding), δευτερεύουσα σελίδα (secondary page - ISO 8859-7 encoding).
• Άνοιξη 2011 (Νικολόπουλος - Σωτηρίου) (UTF-8 encoding).
• Άνοιξη 2010 (Νικολόπουλος - Κάχρης) (ISO 8859-7 encoding).
• Κατεβαίνης e.a. (ISO 8859-7 encoding): Άνοιξη 2009,   Άνοιξη 2008,   Άνοιξη 2007,   Άνοιξη 2006.
• Άσκηση 9 έως και Άνοιξη 2005: Αναδρομικό Κάλεσμα Διαδικασιών.
• Κατεβαίνης e.a.: Άνοιξη 2005,   Άνοιξη 2004,   Άνοιξη 2003,   Άνοιξη 2002,   Άνοιξη 2001.
• Άνοιξη 2000 (Πνευματικάτος),   Άνοιξη 1999 (Κατεβαίνης - Σερπάνος).