Στόχοι του Μαθήματος:

• Να δώσει σε όλους τους φοιτητές του Τμήματος --μαζί με το προηγούμενό του μάθημα, την Ψηφιακή Σχεδίαση-- τις ελάχιστες απαραίτητες γνώσεις υλικού (hardware) και οργάνωσης/αρχιτεκτονικής υπολογιστών τις οποίες θα χρειαστούν για την επαγγελματική τους σταδιοδρομία και για να αντιμετωπίσουν τις ανάγκες των άλλων τομέων της Επιστήμης και Τεχνολογίας των Υπολογιστών.
• Να διδάξει στοιχειώδεις γνώσεις σχετικά με τις γλώσσες Assembly.
• Να δείξει πώς κατασκευάζεται ένας ολόκληρος υπολογιστής (έστω και απλός, δηλ. χωρίς ομοχειρία), χρησιμοποιώντας μόνο τις λογικές πύλες και flip-flops που ο φοιτητής ξέρει από την Ψηφιακή Σχεδίαση. Έτσι, δίνει ένα στέρεο υπόβαθρο κατανόησης για την υλική βάση της Επιστήμης και Τεχνολογίας Υπολογιστών, και επίσης απομυθοποιεί τον υπολογιστή, δείχνοντας ότι αυτός δεν είναι "μαγικό κουτί" ή "ηλεκτρονικός εγκέφαλος", αλλά απλώς ένα μεγάλο σύνολο από εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια transistors.
• Να αποτελέσει τη βάση πάνω στην οποία θα στηριχτούν τα πιό προχωρημένα μαθήματα ψηφιακών συστημάτων και αρχιτεκτονικής, για όσους φοιτητές επιλέξουν να τα παρακολουθήσουν.

Περιεχόμενο του Μαθήματος:

• Η γλώσσα Assembly και η γλώσσα μηχανής, σαν το μοντέλο αφαίρεσης που το hardware παρουσιάζει προς το software. Παράδειγμα: ένα υποσύνολο αυτών των γλωσσών του επεξεργαστή MIPS. Στοιχειώδεις γνώσεις προγραμματισμού σε Assembly: if-then-else, βρόχοι, πίνακες, pointers, διαχείριση στοίβας και κλήση διαδικασιών.
• Υλοποίηση επεξεργαστή χρησιμοποιώντας καταχωρητές, πολυπλέκτες, αθροιστές, ALU's, μνήμες, συνδυαστική λογική, και FSM. Σχεδίαση του datapath. Σχεδίαση της μονάδας ελέγχου. Διακοπές-Εξαιρέσεις.
• Εισαγωγή στην τεχνική της ομοχειρίας (pipelining). Επίδοση (ταχύτητα) υπολογιστών, CPI και συναφείς εξισώσεις.
• Σύστημα Μνήμης: Εισαγωγή στις κρυφές μνήμες. Εικονική μνήμη. Καταστάσεις χρήστη-πυρήνα, κάλεσμα λειτουργικού συστήματος, προστασία.
• Περιφερειακές Συσκευές και η επικοινωνία τους με την κεντρική μονάδα. Απεικόνιση I/O σε διευθύνσεις μνήμης. Επικοινωνία με δειγματοληψία και με διακοπές. DMA. Συστήματα δίσκων και μνημών flash.
• Πολυπύρηνοι υπολογιστές, στοιχειώδεις γνώσεις οργάνωσης τους, συνοχή/συνέπεια και συγχρονισμός.
  [Course Content in English].

Ασκήσεις, Εργασίες, Βιβλίο:

• Εβδομαδιαίες Ασκήσεις καθ' όλο το εξάμηνο, οι οποίες περιλαμβάνουν, εκτός των άλλων, και:
  • Ασκήσεις προγραμματισμού σε γλώσσα Assembly, στον προσομοιωτή SPIM της αρχιτεκτονικής MIPS.
  • Ασκήσεις στην ανάλυση της επίδοσης ή/και της κατανάλωσης ενέργειας των επεξεργαστών.
  • Εργασία σχεδίασης και προσομοίωσης ενός υποσυνόλου του επεξεργαστή MIPS (τύπου RISC) σε επίπεδο μεταφοράς καταχωρητών (RTL) με χρήση της γλώσσας περιγραφής υλικού (HDL) Verilog.
  • Ασκήσεις σε θέματα μνήμης (κρυφές μνήμες, εικονική μνήμη), I/O, και πολυπύρηνων υπολογιστών
• Βιβλίο - θα ακολουθηθεί το: D. Patterson, J. Hennessy: "Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface -- Οργάνωση και Σχεδίαση Υπολογιστών: η Διασύνδεση Υλικού και Λογισμικού", Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2010, ISBN 978-960-461-351-9 -- Ελληνική Μετάφραση της 4ης έκδοσης του Αγγλικού πρωτοτύπου (Morgan Kaufmann Publishers). Κεφάλαια: 2, 4, 5, 6 (εν μέρει), 7 (εν μέρει).
• Άλλα δημοφιλή βιβλία που έχουν χρησιμοποιηθεί συχνά (σε διεθνές επίπεδο) γιά το μάθημα:
  • M. Mano: "Computer System Architecture", Prentice-Hall, 2nd edition, 1982, ISBN 0-13-166611-8.
  • V. Hamacher, Z. Vranesic, S. Zaky: "Computer Organization", McGraw-Hill, 3rd edition, 1990, ISBN 0-07-100742-3.
• Σημειώνεται ότι σε πολλά Πανεπιστήμια δίδεται ο τίτλος "Αρχιτεκτονική Υπολογιστών" σε μαθήματα με περιεχόμενο ανάλογο του ΗΥ-225 (όπως π.χ. και στο βιβλίο M. Mano: "Computer System Architecture", Prentice-Hall, 1982). Εμείς, κρατάμε τον τίτλο "Αρχιτεκτονική Υπολογιστών" για το πιο προχωρημένο μάθημα (ΗΥ-425), όπου διδάσκονται οι τεχνικές αύξησης της επίδοσης (ταχύτητας) ενός υπολογιστή με δοσμένο κόστος κατασκευής, και χρησιμοποιούμε τον πιο μετριόφρωνα τίτλο "Οργάνωση Υπολογιστών" για το παρών, εισαγωγικό μάθημα.

Θέση στο Πρόγραμμα Σπουδών:

• Μάθημα Κορμού της Επιστήμης Υπολογιστών (δηλαδή υποχρεωτικό για την αποφοίτηση).
• Πέντε Διδακτικές Μονάδες (5 ΔΜ).
• Προαπαιτούμενο: ΗΥ-120 "Ψηφιακή Σχεδίαση" (δηλαδή, η εγγραφή στο ΗΥ-225 επιτρέπεται μόνο σε όσους έχουν ήδη περάσει επιτυχώς το ΗΥ-120).
• Για όσους επιθυμούν να μάθουν περισσότερα γύρω από το υλικό (hardware), υπάρχουν τα μαθήματα επιλογής Ε4 (και ένα Ε1):
  • ΗΥ-121 "Ηλεκτρονικά Κυκλώματα" (Ε1, χωρίς προαπαιτούμενα)·
  • ΗΥ-220 "Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων" (Ε4, προϋποθέτει το ΗΥ-120 αλλά όχι το ΗΥ-225)·
  • ΗΥ-325 "Εργαστήριο Ενσωματωμένων Επεξεργαστών" (Ε4, προϋποθέτει το ΗΥ-225)·
  • ΗΥ-425 "Αρχιτεκτονική Υπολογιστών" (Ε4, προϋποθέτει το ΗΥ-225)· και
  • ΗΥ-422 "Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI" (Ε4, προϋποθέτει το ΗΥ-225).

Διδάσκοντες, Βοηθοί, Πρόγραμμα, Επικοινωνία:

• Μανόλης Κατεβαίνης, Καθηγητής, Τμ. Επ. Υπολογιστών, Πανεπ. Κρήτης - ηλ-ταχ: kateveni
  Χρήστος Σωτηρίου, Αναπλ. Καθηγητής, Τμ. Επ. Υπολογιστών, Πανεπ. Κρήτης - ηλ-ταχ: sotiriou
• Βοηθοί - ηλ-ταχ: hy225 - Μεταπτυχιακοί Φοιτητές, Τμ. Επ. Υπολογιστών, Πανεπ. Κρήτης:
  • Νικόλαος Λαύκας - ηλ-ταχ. lafkas
  • Γιάννης Μανουσάκης - ηλ-ταχ. jmanous
  • Ελευθέριος Παντελάκης - ηλ-ταχ. ee_lefteris pap-at-ki yahoo.gr
  • Εμμανουήλ Παπαδάκης - ηλ-ταχ. mpapad
  • Ιωάννης Προκοπίου - ηλ-ταχ.
  • Χρίστη Συμεωνίδου - ηλ-ταχ. chsymeon
  • Κάλλια Χρονάκη - ηλ-ταχ. khronaki
  • Αντώνης Ψαθάκης - ηλ-ταχ. psathas
• Διδασκαλία: κάθε Δευτέρα και Τετάρτη, 1-3 (13:15-15:00), στο Αμφιθέατρο Βασίλη Ξανθόπουλου.
• Φροντιστήριο: Παρασκευές 11-1 (11:15-13:00), στο Αμφιθέατρο Στέλιου Ορφανουδάκη - θα πραγματοποιείται όποτε προκύπτει ανάγκη, κατόπιν πρόσκλησης.
• Διαγωνισμός Προόδου: Σάββατο, 31 Μαρτίου 2012 (βδομάδα 7), κατά πάσα πιθανότητα. Η συμμετοχή των φοιτητών είναι υποχρεωτική.
• Ιστοσελίδα μαθήματος: http://www.csd.uoc.gr/~hy225/
• Κατάλογος ηλεκτρονικού ταχυδρομείου μαθήματος: hy225-list (εγγραφείτε στέλνοντας e-mail στο majordomo@csd.uoc.gr που να περιέχει στο σώμα του μηνύματος (όχι στο θέμα) τη γραμμή: subscribe hy225-list

Βαθμολογία:

• 30 % από τους βαθμούς Ασκήσεων,
• 20 % από τον βαθμό διαγωνισμού Προόδου,
• 50 % από τον βαθμό Τελικής Εξέτασης (οιασδήποτε περιόδου), όταν ο βαθμός αυτός είναι τουλάχιστο σαράντα (40/100).