Εισαγωγή

Καλώς ήρθατε

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ

• Τμήμα Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών συστημάτων
• Πανεπιστήμιο του Αιγαίου (http://www.aegean.gr)
• Διομήδης Σπινέλλης <dspin@aegean.gr (mailto:dspin@aegean.gr)>
• Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ
• 42 ώρες θεωρία
• Τρίτη 11:00-14:00

Τι περιλαμβάνει το μάθημα

Γ. Μπαμπινιώτη, Λεξικό της Νέας Ελληνικής Γλώσσας. 1998.

1. Εισαγωγή
2. Οργάνωση υπολογιστικών συστημάτων
3. Ψηφιακό επίπεδο
4. Επίπεδο μικροπρογραμματισμού
5. Συμβατική μηχανή
6. Συμβολική γλώσσα
7. Λειτουργικό σύστημα
8. Μηχανές RISC
9. Παράλληλες αρχιτεκτονικές
10. Εξομοίωση
11. Αρχιτεκτονικές Vector, VLIW
12. Μελέτη περίπτωσης: Transmeta Crusoe

Οι σημειώσεις

• Δε θα μοιράζονται
• Βασίζονται στο βιβλίο Andrew S. Tanenbaum Η αρχιτεκτονική των υπολογιστών: μια δομημένη προσέγγιση. Τρίτη αμερικάνικη έκδοση.
• Προσβάσιμες από το WWW:http://softlab.icsd.aegean.gr/~dspin/arch (http://softlab.icsd.aegean.gr/~dspin/arch)
• Τα σημεία που υπάρχουν στο βιβλίο καλύπτονται επιγραμματικά
• Δεν καλύπτουν όλο το μάθημα (ειδικά τις ασκήσεις και τα τελευταία τμήματα)

Τα επίπεδα ενός υπολογιστή

• Γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου
• Συμβολική γλώσσα (assembly language)
• Λειτουργικό σύστημα
• Συμβατική μηχανή
• (Μικροπρογραμματισμός)
• Λογικές δομικές μονάδες
• Ψηφιακή λογική

Στοιχεία που μπορούν να υλοποιηθούν σε διάφορα επίπεδα

• Πολλαπλασιασμός και διαίρεση
• Πράξεις με αριθμούς κινητής υποδιαστολής
• Κλήση και επιστροφή από διαδικασίες
• Τυποποιημένοι βρόχοι (π.χ. μεταφορά μνήμης)
• Δεικτοδότηση
• Επανατοποθέτηση στη μνήμη
• Διακοπές
• Εναλλαγή διεργασιών

Πρόδρομοι της πληροφορικής

• Άνθρωπος: ο πρώτος υπολογιστής
• Το δεκαδικό (decimal) σύστημα και οι τέσσερεις πράξεις
• Ο αλγόριθμος του Ευκλείδη
• Μηχανικά βοηθήματα
  • Πέτρες
  • Άβακας
  • Ο αστρολάβος των Αντικηθύρων
  • Αριθμομηχανές
    • von Schickard (1592-1635)
    • Pascal (1632-1662)
    • Leibniz (1646-1716)
• Αποθηκευμένα προγράμματα
  • Λατέρνες και μηχανικά πιάνα
  • Μηχανή του Pascal (1642)
    
    Σύγχρονο (1950) εξάρτημα μηχανικού υπολογισμού
  • Ελεγχόμενοι αργαλιοί (Jacquard 1805)
  • Η διαφορική μηχανή του Charles Babbage (1792-1871)
  • Η αναλυτική μηχανή του Charles Babbage
  • Διάτρητες κάρτες (punched cards) (Hollerith 1886)
    

Ακαδημαϊκές προσπάθειες Η/Υ

• ENIAC (1946-1555)
• EDVAC και EDSAC (1946, 1949)
• Whirlwind (1947)
• Πανεπιστήμιο του Machester (1949)

Πρώτοι εμπορικοί Η/Υ

• UNIVAC (1950)
• IBM
  • Σειρά 600 (1930)
  • Mark I-IV (1939-1944)
  • SSEC (13000 λυχνίες, 23000 ρελέ) (1948)
  • 704
• Raytheon και Honeywell
• RCA
• Burroughs

Τεχνολογική εξέλιξη

• Πρώτη γενιά (generation) -1950: Λυχνίες
• Δεύτερη γενιά -1960: Τρανζίστορ, ταινίες, τύμπανα, μνήμη φερριτικού πυρήνα
• Τρίτη γενιά 1965-: Πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα (integrated circuits), οικογένειες υπολογιστών
• Τέταρτη γενιά 1970-: LSI (ολοκληρωμένα κυκλώματα υψηλής ολοκλήρωσης (large scale integrated circuits))
• Πέμπτη γενιά 1980-: VLSI (ολοκληρωμένα κυκλώματα υπερύψηλης ολοκλήρωσης (very large scale integrated circuits))

• λυχνία,
• τρανζίστορ,
• μνήμες EPROM TTL, επεξεργαστές (1980),
• επεξεργαστής και άρθρωμα μνήμης RAM 1995

Μνήμη φερριτικού πυρήνα

Λογικό κύκλωμα με τρανζίστορ (1960)

Εξέλιξη επεξεργαστών της Intel (1978-1999)

Βιβλιογραφία

• Andrew S. Tanenbaum Η αρχιτεκτονική των υπολογιστών: μια δομημένη προσέγγιση. Τρίτη αμερικάνικη έκδοση. σ. 13-44. Κλειδάριθμος 1995.

• J.A.N. Lee. Computer pioneers. IEEE Computer Society Press, 1995.

• Brian Randell. The Origins of Digital Computers. Springer Verlag, Berlin, 1973.

• Saul Rosen. Electronic computers: A historical survey. ACM Computing Surveys, 1(1):7–36, March 1969.

Πηγές στο Internet

Εταιρίες

• Intel (http://www.intel.com)
• Sun Microsystems (http://www.sun.com)
• Compaq (Alpha) (http://www.compaq.com)
• Transmeta (http://www.transmeta.com)
• Motorolla (http://www.motorolla.com)
• IBM (http://www.ibm.com)

Βιβλία

• The Java Virtual Machine Specification (http://java.sun.com/docs/books/vmspec/) Set Reference Manual
• Intel Architecture Software Developer's Manual, Volume 1: Basic Architecture (http://developer.intel.com/design/pentiumii/manuals/243190.htm)
• Intel Architecture Software Developer's Manual, Volume 2: Instruction Set Reference Manual (http://developer.intel.com/design/pentiumii/manuals/243191.htm)
• Intel Architecture Software Developer's Manual, Volume 3: System Programming Guide (http://developer.intel.com/design/pentiumii/manuals/243192.htm)
• Intel Architecture Software Optimization Reference Manual (http://developer.intel.com/design/pentiumii/manuals/245127.htm)
• Alpha Architecture Handbook (http://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/alphaahb.pdf)
• Alpha 21264 Hardware Reference Manual (http://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/21264hrm.pdf)
• Compiler Writer's Guide for the Alpha 21264 (http://ftp.digital.com/pub/Digital/info/semiconductor/literature/cmpwrgd.pdf)
• SPARC V8 Architecture Manual (http://www.sparc.org/standards/V8.pdf)

Γενική βιβλιογραφία

• Andrew S. Tanenbaum Σύγχρονα λειτουργικά συστήματα. σ. 199-248 Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 1993.

• Peter Rechenberg. Εισαγωγή στην Πληροφορική. σ. 14-30 Κλειδάριθμος, 1992.

• Χρήστος Δ. Λάζος Ο Υπολογιστής των Αντικυθήρων. Αίολος 1994.

• Andrew S. Tanenbaum Η αρχιτεκτονική των υπολογιστών: μια δομημένη προσέγγιση. Τρίτη αμερικάνικη έκδοση. Κλειδάριθμος 1995.

• Christopher Alexander. Notes on the Synhtesis of Form. Harvard University Press, 1964.

• Robert L. Ashenhurst, editor. ACM Turing Award lectures. Addison-Wesley, 1987.

• Maurice J. Bach. The Design of the UNIX Operating System. Prentice-Hall, 1986.

• Gerrit A. Blaauw and Frederick P. Brooks Jr. Computer Architecture : Concepts and Evolution. Addison-Wesley, 1997.

• Doug Burger. Memory systems. ACM Computing Surveys, 28(1):63–65, March 1996.

• IEEE Computer, July 1985.

• Intel Corporation. iAPX 86, 88 User's Manual. Intel Corporation, 1981.

• Intel Corporation. i486 Processor Programmer's Reference Manual. McGraw-Hill, 1990.

• Intel Corporation. Intel architecture software developer's manual, volume 1: Basic architecture. Intel Corporation, 1999. Available online http://www.intel.com/design/PentiumII/manuals/243190.htm.

• Intel Corporation. Intel architecture software developer's manual, volume 2: Instruction set reference manual. Intel Corporation, 1999. Available online http://www.intel.com/design/PentiumII/manuals/243190.htm.

• Intel Corporation. Intel architecture software developer's manual, volume 3: System programming. Intel Corporation, 1999. Available online http://www.intel.com/design/PentiumII/manuals/243190.htm.

• Peter J. Denning and Robert M. Metcalfe, editors. Beyond Calculation: The Next Fifty Years of Computing. Springer Verlag, 1997.

• Stefanos Gritzalis, George Aggelis, and Diomidis Spinellis. Architectures for secure portable executable content (http://softlab.icsd.aegean.gr/~dspin/pubs/jrnl/1998-InetRes-ExeSec/html/exesec.htm). Internet Research, 9(1):16–24, 1999.

• John L. Hennessy and David A. Patterson. Computer Architecture: A Quantitative Approach. Morgan Kaufmann Publishers, second edition, 1996.

• Richard Hollingsworth. Advanced semiconductor technology. Communications of the ACM, 36(2):83, February 1993.

• Paul Horowitz and Winfield Hill. The Art of Electronics. University Press, second edition, 1989.

• IBM Corporation. IBM Personal Computer Technical Reference Manual, 1983.

• J.A.N. Lee. Computer pioneers. IEEE Computer Society Press, 1995.

• Samuel J. Leffler, Marshall Kirk McKusick, Michael J. Karels, and John S. Quarterman. The Design and Implementation of the 4.3BSD Unix Operating System. Addison-Wesley, 1988.

• Tim Lindhorn and Frank Yellin. The Java Virtual Machine Specification. The Java Series. Addison-Wesley, 1997.

• David A. Patterson, David A. Peterson, and Nitin Indurkhya. Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann Publishers, 2nd edition, 1997.

• Brian Randell. The Origins of Digital Computers. Springer Verlag, Berlin, 1973.

• Saul Rosen. Electronic computers: A historical survey. ACM Computing Surveys, 1(1):7–36, March 1969.

• Motorola Semiconductors. M68000 16/32-Bit Microprocessor Programmer's Reference Manual. Motorola Semiconductors, fourth edition, 1984.

• Bruce Shriver and Bennett Smith. The Anatomy of a High-Performance Microprocessor. IEEE Computer Society Press, 1998.

• Richard L. Sites. Alpha AXP architecture. Communications of the ACM, 36(2):33–44, February 1993.

• Diomidis Spinellis, Sophia Drossopoulou, and Susan Eisenbach. Language and architecture paradigms as object classes: A unified approach towards multiparadigm programming. In Jürg Gutknecht, editor, Programming Languages and System Architectures International Conference, pages 191–207, Zurich, Switzerland, March 1994. Springer-Verlag. Lecture Notes in Computer Science 782.

• Carl Staelin and Larry McVoy. mhz: Anatomy of a micro-benchmark (http://www.usenix.org/publications/library/proceedings/usenix98/staelin.html). In USENIX Conference Proceedings, New Orleans, LO, USA, June 1998. Usenix Association.

• Andrew S. Tanenbaum. Operating Systems: Design and Implementation. Prentice-Hall, 1987.

• Jan van Leeuwen, editor. Computer Science Today: Recent Trends and Developments. Springer Verlag, 1995. Lecture Notes in Computer Science 1000.

• Jan van Leeuwen, editor. Computer Science Today: Recent Trends and Developments. Springer Verlag, 1995. Lecture Notes in Computer Science 1000.

Ασκήσεις

Άσκηση 1 (προαιρετική)

1. Σχηματίστε έναν πίνακα με 3 παραδείγματα για συστατικά στοιχεία για κάθε ένα από τα λογικά επίπεδα που αναφέρθηκαν. Παράδειγμα:

   Γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου

   C

   Συμβολική γλώσσα

   Microsoft Intel Macro Assembly

   Λειτουργικό σύστημα

   Unix

   Συμβατική μηχανή

   Intel Architecture 32 (IA 32)

   Μικροπρογραμματισμός

   Pentium III

   Ψηφιακή λογική

   74LS04

• Περιεχόμενα

 Τελευταία αλλαγή: Δευτέρα, 2 Αυγούστου 2004 12:26 πμ
 Εκτός αν αναφέρεται κάτι διαφορετικό, όλο το πρωτότυπο υλικό της σελίδας αυτής του οποίου δημιουργός είναι ο Διομήδης Σπινέλλης παρέχεται σύμφωνα με τους όρους της άδειας «Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Greece License».