دانلود pdf اصول معماری کامپیوتر کمیاب و عالی
این درس به بررسی عمیق اصول معماری کامپیوتر میپردازد و اهمیت سازماندهی آن را واکاوی میکند. مفهوم “معماری” در بستر کامپیوتر، به طراحی زیربنایی و ارتباط میان اجزای مختلف سیستم اشاره دارد.
از دیدگاه یک معمار، معماری کامپیوتر به معنای درک کلی تصویر بزرگ و نکات حیاتی در طراحی است. این فرآیند شامل مراحل گوناگون سازماندهی کامپیوتر و رعایت انضباطی خاص برای دستیابی به ساختاری بهینه است.
عوامل متعددی در طراحی معماری کامپیوتر دخیل هستند که مجموعه دستورالعملها به عنوان یک محیط بحرانی، نقش محوری ایفا میکند. این حوزه جایی است که مهندسی و معماری کامپیوتر به هم میرسند تا عملکرد را شکل دهند.
یک کامپیوتر از پنج جزء اصلی تشکیل شده که به صورت یکپارچه کار میکنند. تکنولوژی کامپیوتر همواره دستخوش تغییرات هیجانانگیزی بوده و پیچیدگی ریزپردازندهها روندی صعودی را تجربه کرده است.
نوع فایل: پی دی اف – 501 صفحه
فهرست مطالب:
- معماری کامپیوتر
- این درس در مورد چیست؟
- چرا سازماندهی کامپیوتر را بررسی می کنیم
- طرح کلی درس
- سرفصل 1: رؤوس مطالب در معماری و سازماندهی کامپیوتر
- “معماری” به چه معناست؟
- “معماری کامپیوتر”
- معماری (از دیدگاه معمار)
- نکات مهم
- مراحل در سازماندهی کامپیوتر
- انضباط در معماری
- تصویر بزرگ
- عوامل در معماری کامپیوتر
- مجموعه دستورالعملها یک محیط بحرانی
- مهندسی و معماری کامپیوتر کجاست؟
- تشریح: پنج جزء ترکیب شده کامپیوتر
- تکنولوژی کامپیوتر: تغییری مهیج
- گرایش تکنولوژی: پیچیدگی ریزپردازنده
- یک بازبینی از جریان طراحی پردازنده
- چگونه یک CPU طراحی می شود
- روش کلاسیک طراحی مرحله ای معماری مجموعه دستورالعمل
- کل استراتژی شبیه سازی
- کارایی شبیه سازها
- کارایی دستورالعمل بر چرخه (IPC)
- فصل دوم: معماری مجموعه دستورالعملها
- مراحل اجرای یک دستورالعمل
- چه چیزی در یک ISA (معماری مجموعه دستورالعمل) مشخص می شود؟
- یک ISA ساده: حافظه به حافظه
- مدل حافظه
- ترجمه کد ساده
- استفاده از یک مکان موقتی
- مشکلات در معماری حافظه به حافظه
- ماشینهای مبتنی بر انباشتگر (Accumulator)
- ماشین مبتنی بر انباشتگر که (A=(B+C)(D+E)) را انجام می دهد
- ضعف ماشینهای مبتنی بر انباشتگر
- ماشینهای مبتنی بر انباشتگر هنوز در کامپیوترهای اولیه معمول بودند
- پیشنهادات برای ماشینهای مبتنی بر انباشتگر
- ماشینهای مبتنی بر پشته
- معماری مجموعه دستورالعمل ماشینهای مبتنی بر پشته
- ماشین مبتنی بر پشته که (A=(B+C)(D+E)) را انجام می دهد
- کاربرد ماشینهای مبتنی برپشته
- ماشینهای مبتنی بر ثبات
- ثباتهای عام منظوره_خاص منظوره
- ثبات های خاص منظوره cpu z_80 The
- ثبات عام منظوره ماشین های (GPR)
- ماشین GPR (A=(B+C)(D+E)) را انجام می دهد
- اندازه های داده های متفاوت
- حافظه MIPS
- روشهای آدرس دهی
- روشهای آدرس دهی ساده
- روشهای آدرس دهی غیر مستقیم
- روشهای آدرس دهی پیشرفته
- روشهای آدرس دهی منتخب
- بسامد روشهای آدرس دهی
- روشهای آدرس دهی داده های تجربی
- چه طور ما نمایش دادن دستورالعمل ها را انجام می دهیم ؟
- دستورالعمل های با طول متغیر
- دستورالعمل های با طول ثابت
- بار گذاری اعداد صحیح کوچک
- ثبات ها
- قراردادهای ثبات استاندارد
- عملیات MIPS
- قالب های دستورالعمل MIPS
- فیلدها در دستورالعملهای MIPS
- ماشین نمایش دستورالعملهای MIPS
- عملوندهای ALU
- نمایش ماشینی
- ضرب و تقسیم صحیح در MIPS
- دستورالعملهای انتقال داده ها
- انشعاب ها
- طبقه بندی انشعاب ها
- مثال همگردانی انشعاب
- بررسی انشعاب ها
- انواع انشعاب در MIPS
- دستورالعمل های انشعاب
- مولد اهداف انشعاب در MIPS
- مثال تلفیق سوئیچ
- بدنه سوئیچ در MIPS
- سوئیچ کامپایل شده برای MIPS
- کامپایل کردن دستورات کنترلی دیگر
- پشتیبانی دستورالعملهای فراخوانی پردازه
- روش آدرس دهی MIPSهای دیگر
- زبان ماشین MIPS
- فراخوانی تابع در MIPS
- مثال فراخوانی
- مشکلات فراخوانی تابع ها
- مثال پشته
- فراخوانی پردازه
- آرایش قاب پشته
- جزئیات پشته
- پارامترهای میانی
- ثباتهای ذخیره سازی
- اعلام یک تابع در MIPS
- فصل سوم: نمایش اعداد و محاسباتی کامپیوتر
- چکیده
- مرور
- نمایش عددی
- بیت ها و اعداد
- صحیح بدون علامت
- صحیح بدون علامت (BCD: binary coded decimal)
- صحیح با علامت (علامت مقدار)
- مکمل 2
- صحیح با علامت(مکمل دو)
- گنجاندن اعداد کوچکتر در بیتهای بیشتر
- جمع و تفریق
- سرریزی
- کشف سرریزی
- کار CPU در برابر سرریزی چیست؟
- دستورالعمل ها
- مثال
- طراحی پردازش
- مسئله: طراحی واحد محاسبه و منطق
- طراحی: روش تقسیم و غلبه
- طراحی: کاهش مسئله به یک مسئله ساده تر
- طراحی با بلاک دیاگرام سطح پایین تر
- بلاک ALU یک بیتی
- تمام جمع کننده Full Adder
- جدول درستی تمام جمع کننده
- طراحی تمام جمع کننده
- محاسبه تعداد گیتها
- تاخیر گیت ها
- جمع کننده کری موج دار
- تاخیر گیت
- معادله منطقی کری
- تعدیل کردن واحد محاسبه ومنطق یک بیتی
- تعیین زمان CLA 4 بیتی
- واحد محاسبه و منطق 16بیتی .ورژن1
- واحد محاسبه و منطق 16بیتی . ورژن2
- ضرب وتقسیم صحیح
- ضرب صحیح بدون علامت
- مشاهدات
- این چگونه کار می کند؟
- محاسبات ساده ریاضی
- سخت افزار ضرب ورژن1
- الگوریتم ضرب ورژن 1
- نظارت بر روی ورژن1ضرب
- سخت افزار ضرب ورژن2
- الگوریتم ضرب ورژن2
- مضروب مضروب فیه حاصلضرب
- چه چیزی روی می دهد؟
- مشاهدات ورژن2ضرب
- الگوریتم ضرب ورژن3
- مشاهدات ورژن3ضرب
- الگوریتم بوت
- مثال بوت(72)
- مثال بوت(-3 2)
- ضرب علامت دار
- الگوریتم های سریعتر یا عمل ضرب
- تقسیم :مداد و کاغذ
- سخت افزار تقسیم ورژن1
- الگوریتم تقسیم ورژن 1
- مشاهدات تقسیم ورژن1
- سخت افزار تقسیم ورژن 2
- الگوریتم تقسیم ورژن 2
- مشاهدات تقسیم ورژن2
- الگوریتم تقسیم ورژن 3
- مشاهدات تقسیم ورژن3
- فصل چهارم: سنجش کارایی
- اغلب چه کسی CPUها را ارتقا می دهد
- برای خرید یک ماشین جدید چگونه تصمیم می گیرید؟
- کارایی و هزینه از نظر مشتری/CPU
- دو تصور از “کارایی”
- تعاریف کارایی
- مثال هایی از کارایی
- درک کارایی
- تعریف زمان
- ساعت کامپیوتر
- معیارهای پایه ارزیابی
- چه تعداد چرخه برای یک برنامه نیاز است؟
- تعداد چرخه های متفاوت برای دستورالعمل های متفاوت
- اکنون که ما با مفهوم چرخه آشنا شدیم
- محاسبه زمان CPU
- مثالی از محاسبه زمان CPU
- فاکتورهای موثر در کارایی CPU
- محاسبه CPI
- مسائل با میانگین حسابی
- خلاصه ای از کارایی
- آزمون های کارایی کامپیوتر
- انواع آزمون های کارایی
- دیگر آزمون های کارایی SPEC
- مثال هایی از آزمون های کارایی SPEC95
- عوامل ضعیف ارزیابی کارایی
- بالا بردن میزان تسریع به صورت زیر تعریف می شود
- مثالی از قانون آمدال
- تخمین بهبود کارایی
- مثال کارایی
- CPI به عنوان یک ابزار تحلیلگر برای راهنمای طراحی
- دستورالعمل PEER :قانون آمدال
- انرژی و کارایی
- اتصال انرژی :فیزیک های بنیادی انتقال منطقی اتلاف انرژی
- خلاصه ای از ارزیابی کارایی
- فصل پنجم: روشهای پیاده سازی معماری پردازشگر
- یک تصویر بزرگ:ما الان کجا هستیم؟
- یک شمای اصلی:چشم انداز کارایی
- چه طور یک پردازشگر طراحی می شود:مرحله به مرحله
- یادآوری:قالب های دستورالعمل های MIPS
- ثبات منطقی انتقال (RTL)
- مسیر داده برای عمل انشعاب
- قرار دادن همه اینها باهم :یک مسیر داده تک چرخه ای
- مفهوم سیگنال های کنترلی
- تنظیم بیتهای کنترلی ALU
- دستورالعملهای که از ALU استفاده می کنند
- طراحی کنترل ALU
- بلاک کنترلی ALU
- مسیر داده و خطوط کنترلی
- طراحی واحد کنترل برای اجرای دستورالعمل تک چرخه ای
- سیگنالهای کنترلی 1 بیتی
- طراحی واحد کنترل
- جدول درستی کنترل تک چرخه ای
- “جدول درستی”برای نوشتن ثباتی
- کنترل و مسیر داده ساده که برای اجرای دستورات پرش گسترش یافته است
- پیاده سازی یک دستورالعمل چند چرخه ای
- توضیحاتی از پیاده سازی تک چرخه ای
- چه چیزی باعث مشکل می شود زمانی که1=CPIپردازشگر است
- کاهش زمان چرخه
- محدودیت های بنیادی زمان چرخه
- تقسیم بندی CPI 1=
- مثال مسیر داده چند چرخه ای
- خصوصیات
- دستورالعمل های فوری منطقی
- دستورالعمل بارکردن
- دستورالعمل ذخیره کردن
- دستورالعمل انشعاب
- مسیر داده چند چرخه ای
- مسیر داده چند چرخه ای به همراه نمایش خطوط کنترلی
- اعمال سیگنالهای کنترلی
- کنترل کردن PC بعدی
- مسیر داده و سیگنال های کنترلی چند چرخه ای
- روشهای طراحی کنترل برای اجرای دستورات چند چرخه ای
- ساختار FSM
- دید سطح بالایی از کنترل ماشین حالات متناهی( FSM)
- واکشی و کدبرداری دستورالعمل
- پیاده سازی دستورالعمل R-type با FSM
- کنترل دستورالعمل های ارجاع به حافظه با FSM
- کنترل دستورالعمل انشعاب
- کنترل دستورالعمل پرش
- واحد کنترل ماشین حالت متناهی
- کنترل اختصاصی برای چند چرخه ای
- تخصیص حالات
- اجرای دستگاه کنترل ماشین حالت متناهی
- تعادل منطقی برای خروجی های سیگنال کنترلی
- تعادل منطقی برای خروجی های حالت بعدی
- سوال:
- تفسیر”دستورالعمل Macro”
- واکشی برنامه میکرو
- دستورالعمل ارجاع به حافظه برنامه میکرو
- انشعاب برنامه میکرو
- پرش برنامه میکرو
- همه میکرو کد
- فصل ششم: خط لوله ای کردن و معماری خط لوله ای شده
- خط لوله ای
- مفاهیم پایه خط لوله ای
- خط لوله ای کردن، معمول است
- شستن ترتیبی
- شستن خط لوله ای شده:
- دروس خط لوله ای کردن
- مفهوم پایه
- در یک ماشین خط لوله ای شده کاملا متوازن:
- خط لوله ای کردن به عنوان یک تکنیک معماری
- توان عملیاتی خط لوله ای :
- محدودیت ویهای کارایی در یک خط لوله
- فاکتورهای مهم در مسیر لوله(مدت چرخه) ، تاخیر latch و skew clock
- رویهم اندازی(Overlap (در برابر خط لوله ای
- رویهم اندازی CPU/I/O
- خط لوله پویا و ایستا
- یک تابع واحدلوله_ چند تابع لوله
- مراحل خط لوله MIPS
- نمایش خط لوله MIPS
- نمایش منقوش خط لوله
- چرا خط لوله ای؟
- تک چرخه ای_ چند چرخه ای_ خط لوله ای
- چرا خط لوله؟ برای اینکه منابع را در اینجا داریم!
- آیا خط لوله می تواند برای ما مشکل ایجاد کند؟
- همیشه میتوان هزاردها را با انتظار رفع کرد
- حافظه تک یک هزارد ساختاری است
قیمت: 250/500 تومان
تاریخچه پیشرفت پردازندهها با نمونههایی چون پردازنده اینتل ۴۸۶ DX، پردازنده پنتیوم، پنتیوم ۲، پنتیوم ۳ (کاتمای و کاپرمارن)، پنتیوم ۴ و پردازندههای قدرتمند ایتانیوم و ایتانیوم ۲ اینتل کاملاً مشهود است. این سیر تکاملی نشاندهنده مسیر رو به جلوی این فناوری است.
مطالب مرتبط
- دانلود pdf معماری کامپیوتر در 148 صفحه
- دانلود pdf آزمایشگاه معماری کامپیوتر در 74 صفحه
همزمان با پیشرفت پردازندهها، اندازه حافظه نهان (کش) نیز به طور فزایندهای بزرگتر شده است. طراحی پردازنده شامل یک بازبینی جامع از جریان طراحی و روش کلاسیک مرحلهای معماری مجموعه دستورالعمل میشود.
برای ارزیابی و بهبود طراحی، از استراتژیهای شبیهسازی کامل بهره گرفته میشود. کارایی شبیهسازها و معیارهایی نظیر کارایی دستورالعمل بر چرخه (IPC)، نقش کلیدی در تحلیل عملکرد ایفا میکنند.
در فصل دوم، معماری مجموعه دستورالعمل (ISA) به تفصیل بررسی می شود که مراحل اجرای یک دستورالعمل را تعریف می کند. این معماری ویژگی های مختلفی نظیر مدل حافظه و نحوه ترجمه کد را مشخص می سازد.
یک معماری ISA ساده حافظه به حافظه به این معناست که عملیات مستقیماً بین حافظه انجام می شود. اما این رویکرد مشکلاتی نظیر نیاز به مکان های موقتی و پیچیدگی های مرتبط با ترجمه کد ساده دارد.
ماشینهای مبتنی بر انباشتگر، که در کامپیوترهای اولیه رایج بودند، برای انجام محاسبات از یک انباشتگر مرکزی استفاده می کنند، اما ضعف های خاص خود را دارند. در مقابل، ماشین های مبتنی بر پشته از ساختار پشته برای عملیات بهره می برند که کاربردهای متفاوتی دارد.
ماشینهای مبتنی بر ثبات، اعم از ثبات های عام منظوره و خاص منظوره مانند پردازنده Z80، کارایی بالاتری ارائه می دهند. روش های آدرس دهی مختلفی نیز وجود دارد که از ساده و غیرمستقیم تا پیشرفته را شامل می شود و بسامد استفاده از آنها متفاوت است.
نمایش دستورالعملها میتواند با طول ثابت یا متغیر باشد و بارگذاری اعداد صحیح کوچک را تسهیل می کند. رویکرد RISC (پردازندههای با مجموعه دستورالعمل های کاهش یافته) با معیارهای خاص خود، مانند آنچه در پردازندههای MIPS R2000 با ثبات های مشخص و قراردادهای استفاده از آنها دیده می شود، به سادگی و کارایی تأکید دارد.
عملیات MIPS با قالب های دستورالعمل و فیلدهای مشخص خود، نحوه نمایش ماشینی عملوندها و عملکرد واحد محاسبه و منطق (ALU) را تعیین می کند. مدیریت انشعاب ها، از جمله طبقه بندی و همگردانی، و همچنین پشتیبانی از فراخوانی پردازه ها، جزئیات مهمی در این معماری است.
فصل سوم اصول معماری کامپیوتر به نمایش اعداد و محاسبات کامپیوتری می پردازد، از اعداد صحیح بدون علامت و با علامت گرفته تا مکمل دو. این مباحث شامل جزئیاتی چون گنجاندن اعداد کوچکتر در بیت های بیشتر و چگونگی مدیریت جمع و تفریق و سرریزی است.
طراحی واحد محاسبه و منطق (ALU)، یک مسئله بنیادین در اصول معماری کامپیوتر است که با روش تقسیم و غلبه حل می شود. این فرآیند شامل طراحی بلاک های یک بیتی، مانند جمع کننده کامل، و توجه به واسط واحد محاسبه و منطق و تاخیر گیت ها است.
جمع کنندههای پیشرفتهای مانند جمع کننده پیش نگر کری (CLA) برای کاهش تاخیر گیت ها طراحی شدهاند. علاوه بر آن، الگوریتمها و سخت افزارهای مختلفی برای ضرب و تقسیم صحیح، از جمله الگوریتم بوت، توسعه یافتهاند که کارایی را بهبود می بخشند.
سنجش کارایی از فاکتورهای حیاتی در اصول معماری کامپیوتر است که دو تصور متفاوت از آن وجود دارد. معیارهایی مانند زمان پردازنده (CPU) و چرخه در هر دستورالعمل (CPI) به ارزیابی عملکرد کمک می کنند و قانون آمدال نیز یک ابزار تحلیلی قدرتمند برای تخمین بهبود کارایی در طراحی سیستم هاست.
روشهای پیادهسازی معماری پردازشگر، شامل طراحی گام به گام آن و استفاده از انتقال ثبات منطقی (RTL) است. مسیر داده تک چرخهای و چند چرخهای، به همراه سیگنالهای کنترلی و واحد کنترل ماشین حالت متناهی (FSM)، اجزای کلیدی در اجرای دستورالعملها هستند.
خط لولهای کردن یک تکنیک معماری است که با هم پوشانی مراحل اجرای دستورالعمل ها، توان عملیاتی را افزایش می دهد. با این حال، با چالش هایی نظیر هزاردهای ساختاری، دادهای و کنترلی مواجه است که نیازمند راهکارهایی مانند ارسال دادهها و واحد کشف هزارد است.
طراحی سیستم حافظه در اصول معماری کامپیوتر بر اساس سلسله مراتب حافظه بنا شده و کارایی آن را می توان با استفاده از حافظه نهان (کش) بهبود بخشید. سیاست هایی چون نگاشت مستقیم، نگاشت مجموعه ای و سیاست های نوشتن عبوری (Write-through) و برگشتی (Write-back) در بهینه سازی حافظه نهان (کش) حیاتی هستند و از جمله مهمترین اصول معماری کامپیوتر به شمار می روند.