• Κωδικός: 5303
• Εξάμηνο: Εξαμ. Γ
• Τύπος: Μάθημα Επιστημονικής Περιοχής (ΜΕΠ)
• Κατηγορία: Μάθημα Ειδικής Υποδομής (ΜΕΥ)
• Είδος: Υποχρεωτικό (Υ)

• Διδ. Μονάδες: 6
• Ώρες/εβδ. (Θ/ΑΠ/Ε): 3 / 0 / 2
• Φόρτος εργασίας: 180
• Διδάσκοντες: Κλεφτούρης Δημήτριος
• Δικτυακός τόπος: http://moodle.teithe.gr/course

(1) ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Το θεματικό περιεχόμενο του μαθήματος, πραγματεύεται την αρχιτεκτονική των υπολογιστών, δηλ. εκείνα τα χαρακτηριστικά του συστήματος που έχουν άμεση επίδραση στη λογική εκτέλεση ενός προγράμματος και την οργάνωση των υπολογιστών, δηλ. στις λειτουργικές μονάδες και τις διασυνδέσεις τους, οι οποίες υλοποιούν τις προδιαγραφές της αρχιτεκτονικής.
Η ύλη του μαθήματος στοχεύει στην εισαγωγή των φοιτητών στις βασικές έννοιες της δομής και λειτουργίας των υπολογιστών, καθώς τη φύση και τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων.
Συγκεκριμένα η ύλη του μαθήματος αρχίζει με εισαγωγικές έννοιες αναφορικά με την οργάνωση και αρχιτεκτονική, ιεραρχική δομή και λειτουργία των υπολογιστών και δίνει έμφαση στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας.
Στη συνέχεια, παρουσιάζονται θέματα της εξέλιξης της τεχνολογίας των επεξεργαστών και μείωση μεγέθους και αύξηση χωρητικότητας της μνήμης και γίνεται εισαγωγή των εννοιών απόδοσης και εξισορρόπησης της απόδοσης.
Επόμενο θέμα, είναι η λειτουργία του ανώτερου επιπέδου του υπολογιστή, δηλ. επεξεργαστής, κύρια μνήμη, μονάδες Ε/Ε, τον τρόπο διασύνδεσής τους για να ανταλλάσσουν δεδομένα και να εκτελούν εντολές και προγράμματα.
Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η ιεραρχία της μνήμης και στη συνέχεια η κρυφή μνήμη με όλες τις οργανώσεις και αλγόριθμους προκειμένου να προσδώσει στην κύρια μνήμη ταχύτητα ισοδύναμη με αυτήν του επεξεργαστή.
Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται οι δυο βασικές μορφές της μνήμης τυχαίας προσπέλασης, ιδιότητες, τεχνολογία και τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων.
Στην επόμενη ενότητα, περιγράφονται οι δίσκοι ως το πιο σημαντικό στοιχείο εξωτερικής μνήμης και δίνεται έμφαση στην τεχνολογία δίσκων RAID.
Επόμενη ενότητα της ύλης καλύπτει την αρχιτεκτονική Ε/Ε ενός υπολογιστή που είναι η διεπαφή του με τον εξωτερικό χώρο, περιγράφει αναλυτικά βασικές τεχνικές Ε/Ε και παραθέτει σημαντικά παραδείγματα εξωτερικών διεπαφών.
Στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος, η γλώσσα assemblyτου επεξεργαστή 8086 περιγράφεται και χρησιμοποιείται στην κατασκευή προγραμμάτων εφαρμογών. Μέσω των εντολών, ο φοιτητής κατανοεί τις προδιαγραφές του επεξεργαστή, τη δομή των καταχωρητών και της μνήμης, τύπους δεδομένων αλλά και τη λειτουργία της αριθμητική και λογικής μονάδας.

Το μάθημα αποσκοπεί στην κατανόηση και γνώση από τους φοιτητές της δομής και λειτουργίας των υποσυστημάτων του υπολογιστή.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να:

• Έχει κατανοήσει τις έννοιες αρχιτεκτονική, οργάνωση, δομή και λειτουργία των υπολογιστών.

• Έχει μάθει την δομή του βασικού υπολογιστικού συστήματος IAS ( VonNewmann) και την τεχνολογική εξέλιξη των επεξεργαστών και βασικά μέτρα απόδοσης των επεξεργαστών.

• Είναι σε θέση να χρησιμοποιεί τη δομή του πειραματικού υπολογιστή IASκαι να εκτελεί με το χέρι απλά προγράμματα κατανοώντας τη λειτουργία του επεξεργαστή και της μνήμης δηλ την ανάκληση και εκτέλεση εντολής.

• Έχει μάθει την επίδραση των διακοπών στον κύκλο εντολής καθώς και δομές διαύλων.

• Έχει κατανοήσει την δομή και λειτουργία της κρυφής μνήμης και είναι σε θέση να σχεδιάζει και να υπολογίζει παραμέτρους για κρυφές μνήμες σύμφωνα με συγκεκριμένο αλγόριθμο απεικόνισης.

• Έχει κατανόηση της λογικής επιπέδου chipτων μνημών τυχαίας προσπέλασης και είναι σε θέση να σχεδιάσει σύγχρονη DRAMμε συγκεκριμένη χωρητικότητα.

• Έχει γνώση της τεχνολογίας δίσκων RAIDκαι της αρχιτεκτονικής και δομής της μονάδας Ε/Ε.

• Στα εργαστηριακά μαθήματα ασκείται σε εβδομαδιαία βάση με τη γλώσσα Assemblyγια επεξεργαστή 8086 σε εφαρμογές και προγράμματα χαμηλού επιπέδου και έτσι κατανοεί την λειτουργία των υποσυστημάτων του Η/Υ.

• Γενικά έχει αποκτήσει ένα σημαντικό υπόβαθρο γνώσεων, για να προχωρήσει στα μαθήματα των λειτουργικών συστημάτων και των προχωρημένων αρχιτεκτονικών των υπολογιστών που θα συναντήσει στα επόμενα εξάμηνα.

(2) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

1…Θεωρητικό Μέρος
i. Εισαγωγή, Οργάνωση και Αρχιτεκτονική.
ii. Εξέλιξη Υπολογιστών και Απόδοση.
iii. Εξέταση Ανωτέρου Επιπέδου Λειτουργίας κ Διασύνδεσης των Η/Υ.
iv. Κρυφή Μνήμη.
v. Εσωτερική Μνήμη.
vi. Εξωτερική Μνήμη.
vii. Είσοδος/ Έξοδος

2…Εργαστηριακό Μέρος
Ι. Σύνολα Εντολών : Χαρακτηριστικά κ Λειτουργία
ΙΙ. Σύνολα Εντολών : Τρόποι Διευθυνσιοδότησης κ Μορφές Εντολών

(3) ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ και ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ – ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

ΤΡΟΠΟΣ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ

Πρόσωπο με πρόσωπο, στην τάξη

ΧΡΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

-Παρουσιάσεις με PPT
-Υποστήριξη Μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας Moodle

ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Α.. Θεωρητικό μέρος (Αυτοτελές Μάθημα )
Ι. Γραπτή τελική εξέταση Θεωρητικού Μέρους(70%) που περιλαμβάνει :
– Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας.
– Ασκήσεις Σύντομης Απάντησης.
– Επίλυση Προβλημάτων με ανάλυση και σχεδίαση λογικού κυκλώματος για ένα σύστημα.
ΙΙ. Ενδιάμεση Δοκιμασία Γνώσης Θεωρητικού Μέρους(30%) που περιλαμβάνει:
– Ερωτήσεις Πολλαπλής Επιλογής.
Β.. Εργαστηριακό μέρος (Αυτοτελές Μάθημα)
ΙΙΙ. Ενδιάμεση Δοκιμασία -Εξέταση Εργαστηρίου(20%)
– Ασκήσεις και προγράμματα σε γλώσσα
Assembly 8086, απλές εφαρμογές, όπου απαιτείται κυρίως χρήση συνθήκης If then else και βρόγχων επανάληψης.
VI. Τελική Εξέταση Εργαστηρίου(80%)
– Ασκήσεις και προγράμματα σε γλώσσα
Assembly 8086, για σύνθετες εφαρμογές όπου, απαιτείται κυρίως χρήση υποπρογραμμάτων, λογικές εντολές (ΝΟΤ, AND, OR, XOR), εντολών ολίσθησης και περιστροφής, πέρασμα παραμέτρων σε υποπρόγραμμα (μέσω καταχωρητών και μέσω σωρού), χρήση της callbyvalue / callbyreference, λειτουργία της αναδρομής με χρήση σωρού.

Η συνολική βαθμολογία του μεικτού αυτούμαθήματος υπολογίζεται από την σχέση : 60% ΘΜ + 40% ΕΜ

Το ως άνω σχήμα αξιολόγησης στο θεωρητικό και στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος γνωστοποιείται στους φοιτητές (α) μέσω της ιστοσελίδας του τμήματος (πλατφόρμα Hydra), (β) μέσω των σελίδων του μαθήματος στην ηλεκτρονική πλατφόρμα Moodle, και (γ) με ανακοινώσεις στη διάρκεια των πρώτων διαλέξεων και συναντήσεων στο εργαστήριο κατά την έναρξη του κάθε ενός ακαδημαϊκού εξαμήνου.

(4) ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ-ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Stallings William , 8η έκδοση/2012, ISBN : 978-960-418-328-9
2. Η ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ: ΜΙΑ ΔΟΜΗΜΕΝΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ, ANDREW S. TANENBAUM, 4η έκδοση / 2000, ISBN : 960-209-403-6
3. Αρχιτεκτονική υπολογιστών, Hennessy John L.,Patterson David A, 3η έκδοση / 2006, ISBN : 978-960-418-076-9
4. Αρχιτεκτονική Υπολογιστών:Ο Επεξεργαστής 8086, Έλληνας Ι.Ν., Κεντερλής Π.Δ., 1η έκδοση/2008, ISBN : 978-960-930-663-8
5. Αρχιτεκτονική Υπολογιστών & Προγραμματισμός Assembly, Παναγιώτης Μ. Παπάζογλου , 1η έκδοση /2011, ISBN : 978-960-933-118-0