To λεπτομερές περιεχόμενο του μαθήματος είναι το παρακάτω:

• Γενική περιγραφή της οργάνωσης ενός Η/Υ
• Εισαγωγή στη συμβολική γλώσσα μηχανής (assembly) με έμφαση στην assembly του επεξεργαστή MIPS
• Υποστήριξη διαδικασιών (procedures) στο υλικό (hardware) ενός Η/Υ
• Εξαιρέσεις και Διακοπές (Exceptions/Interrupts) σε έναν επεξεργαστή.
• Αρχιτεκτονική x86 και σύγκριση αρχιτεκτονικών RISC και CISC.
• Αναπαράσταση αριθμητικών δεδομένων στον Η/Υ. Αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2 και αριθμητική κινητής υποδιαστολής.
• Αλγόριθμοι εκτέλεσης αριθμητικών πράξεων όπως πρόσθεσης και πολλαπλασιασμού.
• Μετρικές απόδοσης ενός υπολογιστικού συστήματος.
• Μικρο-αρχιτεκτονική επεξεργαστών MIPS.
• Υλοποίηση μικρο-αρχιτεκτονικής ενός κύκλου μηχανής. Τμήμα ελέγχου και τμήμα δεδομένων.
• Μικρο-αρχιτεκτονική διοχέτευσης (pipeline). Προβλήματα που δημιουργεί η διοχέτευση όπως δομικά λάθη, λάθη δεδομένων και λάθη ελέγχου (structural, data, control hazards).
• Εντολές διακλάδωσης και πρόβλεψη εκτέλεσης εντολών διακλάδωσης.
• Ιεραρχία μνήμης και μνήμες cache. Απόδοση συστήματος με ιεραρχία μνήμης.
• Τεχνολογία και Οργάνωση Δυναμικής Κύριας Μνήμης.
• Εικονική Μνήμη (Virtual Memory).
• Εισαγωγή στην γλώσσα περιγραφής υλικού Verilog και δημιουργία επεξεργαστικών συστημάτων με την χρήση Verilog.

Το μάθημα αποτελεί το βασικό εισαγωγικό μάθημα στη δομή και τη λειτουργία ενός σύγχρονου συστήματος Ηλεκτρονικού Υπολογιστή.Η ύλη του στοχεύει στο να εισάγει στους φοιτητές τις αρχές της διασύνδεσης λογισμικού και υλικού μέσω του αρχιτεκτονικής συνόλου εντολών, και την περιγραφή της λειτουργίας και της δομής ενός σύγχρονου επεξεργαστικού συστήματος.

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

• Να έχει άριστη κατανόηση της λειτουργίας και της οργάνωσης ενός σύγχρονου επεξεργαστή.
• Να γνωρίζει τις βασικές αρχές της αρχιτεκτονικής συνόλου εντολών ενός επεξεργαστή (assembly)και να κατανοεί την σχέση μεταξύ της γλώσσας assembly, των γλωσσών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου και του επεξεργαστή.
• Να μπορεί να προγραμματίζει αλγόριθμους με την χρήση της γλώσσας μηχανής (assembly).
• Nα κατανοεί την αριθμητική των υπολογιστών τόσο ακεραίων αριθμών όσο και αριθμών κινητής υποδιαστολής.
• Να μπορεί να αναλύει την απόδοση ενός επεξεργαστικού συστήματος και να κατανοεί τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η απόδοση αυτή.
• Να μπορεί να υλοποιεί και να προσομοιώνει έναν προγραμματιζόμενο επεξεργαστή σε γλώσσα περιγραφής υλικού, όπως η Verilog.

Τελική Γραπτή Εξέταση: 35% του βαθμού

Δύο πρόοδοι κατά την διάρκεια του εξαμήνου: 35% του βαθμού

Περίπου 10 εβδομαδιαίες εργαστηριακές και θεωρητικές ασκήσεις : 30% του βαθμού

• Γενική περιγραφή της οργάνωσης ενός Η/Υ (0,5 εβδομάδα)
• Εισαγωγή στη συμβολική γλώσσα μηχανής (assembly) (1,5 εβδομάδα)
•  Αναπαράσταση αριθμητικών δεδομένων στον Η/Υ (1 εβδομάδα)
• Μετρικές απόδοσης ενός προγράμματος (0,5 εβδομάδα)
• Γλώσσες περιγραφής υλικού – Verilog (1,5 εβδομάδα)
• Μικρο-αρχιτεκτονική επεξεργαστή ενός κύκλου (1 εβδομάδα)
• Μικρο-αρχιτεκτονική επεξεργαστή με διοχέτευση (1,5 εβδομάδες)
• Εντολές διακλαδώσεων και πρόβλεψη αποτελέσματος διακλαδώσεων (1 εβδομάδα)
• Ιεραρχία μνήμης. Μνήμες cache (3 εβδομάδες)
• Εικονική μνήμη (1 εβδομάδα)
• Εισαγωγή στον παραλληλισμό (0,5 εβδομάδα)