آدرس ایمیل:

mh.naderan@scu.ac.ir

مرتبه علمی:

استادیار

نام و نام خانوادگی استاد:

محمود نادران طحان

نیم‌سال تحصیلی:

97-98-2

گروه:

مهندسی کامپیوتر

دانشکده:

مهندسی

تعداد واحد:

3

نام درس:

معماری کامپیوتر پیشرفته

 دوره تحصیلی:

کارشناسی ارشد

جایگاه درس در برنامه درسی دوره:

بر طبق مصوبه شورای برنامه ریزی آموزش عالی وزارت علوم، تحقیقات و فناوری اطلاعات مورخ 16/4/92 این درس 3 واحدی به عنوان درس پایه در گرایش معماری کامپیوتر معرفی شده است و اخذ آن برای همه دانشجویان این گرایش الزامی است.

هدف کلی:

معماری کامپیوتر را می‌توان نظریه طراحی کامپیوتر دانست. همانند یک معمار ساختمان که قوانین اساسی در طراحی یک پروژه ساختمانی را تعریف می‌کند، معمار کامپیوتر نیز با طراحی قوانین و ویژگی‌های پردازشی یک سیستم کامپیوتری را تعریف می‌کند. یکی از مسائل مهم که از ابتدای پردازش داده‌ها مطرح بوده است، توانایی موازای سازی کامپیوترها برای پردازش سریعتر و داده‌های بیشتر بوده است. در طراحی سیستم‌های موازی، طراحان با مسائل مختلفی برخورد می‌کنند که می بایست بین معیارهای مختلف مصالحه‌هایی انجام دهند. این مصالحه‌ها را می‌توان در حوزه پیچیدگی، هزینه، مصرف توان، کارایی و برنامه پذیری دسته بندی کرد و همین امر باعث ایجاد معماری‌های مختلف در پردازش موازی می‌شود. در این درس با فرض این که دانشجویان با اصول معماری کامپیوتر در کارشناسی (محاسبات، دستور العمل، مسیر داده و نظایر آن) آشنا هستند، مفاهیم پایه در پردازش موازی و ساخت سیستم‌های کامپیوتری موازی مورد بحث قرار می‌گیرند. رئوس مطالب این درس به اختصار به شرح زیر است:

* مقدمه شامل تعاریف و طبقه بندی کامپیوترهای موازی
* مبانی کارایی و قانون آمدال
* اصول کارایی مقیاس پذیر و مدل برنامه‌های کاربردی
* معیارهای محاسبات موازی
** قانون آمدال
** قانون گوستافسون
** قانون سان-نی
* موازات در سطح دستور العمل (ILP)
** مبانی خط لوله
** معیارهای ارزیابی
** خط لوله‌های سوپر اسکالر و سوپر پایپلاین و کارایی آن‌ها
** خط لوله غیر خطی
** طراحی‌های VLIW و برداری
** مبانی پردازنده‌های چند هسته‌ای
* سلسله مراتب حافظه
** مفاهیم پایه و الگوریتم‌های نگاشت
** حافظه برگ برگ شده (interleaved)
** حافظه مجازی
** پروتکل‌های coherency و ordering
** بهینه سازی حافظه نهان و ارزیابی کارایی
** ساختار حافظه نهان در پردازنده‌های چند هسته‌ای

اهداف یادگیری:

توجه و ترغیب مهندسان و طراحان سیستم­های کامپیوتری به اهمیت پردازش موازی و مصالحه­‌های گوناگون در طراحی کامپیوترهای موازی.

رفتار ورودی:

دانشجویان باید به مفاهیمی که در درس‌­های زیر پرداخته می‌­شود، مسلط باشند:

- معماری کامپیوتر

- ریزپردازنده و زبان اسمبلی

مواد و امکانات آموزشی:

در اختیار داشتن کتاب­‌های آموزشی و سیستم کامپیوتری برای اجرای نرم افزار­های مربوطه

روش تدریس:

بیشتر مطالب درس به صورت تئوری در قالب اسلاید یا نوشتن بر روی تابلو ارائه می­شوند. در این درس تعدادی مقاله­ی پایه در طول ترم که مربوط به بخش­های درس است، به دانشجویان ارائه خواهد شد تا ضمن مطالعه خلاصه مطالب را توضیح دهند. همچنین تمرین­هایی در قالب اجرای شبیه سازی پردازنده برای درک بهتر مفاهیم داده خواهد شد.

وظایف دانشجو:

- حضور به موقع و فعال در تمام جلسات درس

- آمادگی ذهنی در خصوص مطالب درسی قبل از ورود به کلاس

- انجام تکالیف مربوطه

- انجام پروژه درس در قالب پژوهش حول چند مقاله با موضوعاتی که تعیین می­‌شوند.

- خواندن مقالات علمی مرتبط با معماری کامپیوتر

- ارائه سمینار

شیوه آزمون و ارزیابی:

ارزشیابی این درس شامل تمرین (15%)،  میان ترم (30%)، پایان ترم (40%) و ارائه سمینار (15% ) است.

منابع درس:

1- J. L. Hennessy and D. A. Patterson, “Computer Architecture: A Quantitave Approach”, 5^th edition, 2011.
2- S.  G. Shiva, “Advanced Computer Architecture”, CRC Press, 2006.
3- H. S. Stone, “High-Performance Computer Architecture”, 3^rd edition, 1993.

هفته‌­ی یکم

هفته‌­ی دوم

هفته­‌ی سوم

هفته­‌ی چهارم

هفته‌­ی پنجم

-  قوانین افزایش سرعت و کارایی (قانون گوستافسون و سان-نی)
- اهداف و واحدهای مقیاس پذیر

هفته‌­ی ششم

هفته‌­ی هفتم

هفته­‌ی هشتم

هفته‌­ی نهم

هفته­‌ی دهم

هفته‌­ی یازدهم

- مقدمه‌ای بر سلسله مراتب حافظه نهان
- یادآوری الگوریتم‌های نگاشت حافظه نهان
- حافظه مجازی

هفته­‌ی دوازدهم

هفته­‌ی سیزدهم

هفته­‌ی چهاردهم

- ساختار سلسله مراتبی حافظه در پردازنده‌های چند هسته‌ای

هفته‌­ی پانزدهم

- سمینار دانشجویان

هفته­‌ی شانزدهم

- سمینار دانشجویان