ساختار کامپیوتر

هدف از ارائه این درس آشنایی دانشجویان با پردازنده‌ها و مباحث مربوط به پیاده‌سازی آنها است. در طول کلاس ویژگی‌های مختلف یک پردازنده مورد بررسی قرار می‌گیرد و روش‌های طراحی هر بخش از آن بیان می‌شود.
درس در ابتدا با مباحث ریاضی و الگوریتمی شامل روش‌های مختلف جمع و ضرب و محدودیت‌ها و ویژگی‌های هرکدام از سیستم‌های اعداد متداول در پردازنده‌ها آغاز می‌گردد. سپس با طراحی دقیق و جزئی یک پردازنده‌ی ساده ادامه یافته و در طول ترم ویژگی‌های یک پردازنده‌ی پیشرفته‌تر همانند Pipeline، استفاده از Cache و … با جزئیات کامل مرور می‌شوند.

• بسیار مهم:

فیلم‌های این مجموعه مربوط به ارائه درس «ساختار پیشرفته» دانشکده برق شریف در سال ۱۳۹۲ می‌باشند. با توجه به تغییرات اساسی سیلابس درس «ساختار» لیسانس و «ساختار پیشرفته» فوق لیسانس در این دانشکده، این مجموعه فیلم‌ها برای درس «ساختار کامپیوتر» فعلی لیسانس مناسب‌تر هستند.
برای استفاده بیشتر دانشجویان عزیز، اسلایدهای درس فعلی ساختار نیز به عنوان جزوه به آنها الصاق شده اند. توجه نمایید که اسلایدهای الصاق شده به هر درس مربوط به جلسه درسی فیلم‌برداری شده نبوده بلکه بعداً برای درس ساختار لیسانس تدوین و ارائه گردیده است. دانشجویان علاقمند و باهوش اختلاف جزئی اسلایدها و فیلم‌ها را درک کرده و خواهند بخشید.

دوره آموزشی ساختار کامپیوتر

امروزه کامپیوتر به عضوی جدانشدنی در زندگی همه ما تبدیل شده است و نقشی اساسی را برای برطرف کردن اصلی‌ترین نیازهای ما ایفا می‌کند. در این بین افرادی هستند که برای راحتی بیشتر ما، در حال برنامه ریزی و ساخت قطعات این ماشین هوشمند هستند که این کار نیاز به یک دانش تخصصی دارد. به همین دلیل دانشجویان مهندسی کامپیوتر و همه افرادی که به دنیای کامپیوتری علاقه دارند؛ نیازمند استفاده از مباحث مطرح شده در دوره آموزشی ساختار کامپیوتر هستند.

دوره آموزشی ساختار کامپیوتر چیست؟

دوره آموزشی ساختار و زبان کامپیوتر یک دوره بسیار عالی برای همه افرادی است که می‌خواهند با پردازنده‌ها آشنا شده و بدانند که چطور باید آن‌ها را پیاده‌سازی کرد. این دوره در واقع تدریس یکی از بهترین اساتید دانشگاه شریف به نام محمدرضا موحدین در سال 1392 است که به بررسی همه مباحث مورد نیاز در این درس، از پایه تا پیشرفته پرداخته است.

هدف از یادگیری دوره آموزشی ساختار و زبان کامپیوتر چیست؟

هدف از یادگیری دوره ساختار کامپیوتر این است که همه دانشجویان در سرتاسر ایران بتوانند به آموزش‌های خوب و باکیفیت در بهترین دانشگاه‌ها دسترسی پیدا کنند. با استفاده از مباحث مطرح شده در این دوره، شما می‌توانید به خوبی ساختار پردازنده‌ها و نحوه عملکرد آن‌ها را بشناسید. به علاوه به راحتی می‌توانید با زبان کامپیوتر صحبت کرده و حتی خود را در جای آن قرار داده و برخی از محاسبات را انجام دهید. به این ترتیب درک فناوری‌های به‌کاررفته در پردازنده‌های پیشرفته برای شما آسان‌تر خواهد شد.

پس از فراگیری دوره آموزشی ساختار کامپیوتر چه مهارت‌هایی کسب خواهید کرد؟

در دوره آموزشی ساختار کامپیوتر تلاش می‌شود تا همه مباحث مورد نیاز برای شناخت پردازنده‌های امروزی در اختیار شما قرار بگیرند. به این ترتیب در پایان این دوره شما می‌توانید مهارت کافی را برای اجرای یک پردازنده ساده به دست آورید و اطلاعات خوبی را درباره نحوه عملکرد پردازنده‌های امروزی در اختیار داشته باشید.

از مهم‌ترین دانش‌هایی که پایان دوره آموزشی ساختار کامپیوتر در اختیار شما قرار خواهند گرفت؛ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

 اطلاعات مقدماتی درباره ریاضیات کامپیوتری و نحوه انجام محاسبه در آن

در ابتدای این دوره آموزشی شما با مباحث ساده ریاضی که برای آشنایی با زبان و ساختار کامپیوتر به آن نیاز دارید؛ آشنا خواهید شد. به این ترتیب سیستم اعداد را خواهید شناخت و با روش‌های جمع، تفریق و ضرب اعداد صحیح آشنا خواهید شد.

شناخت اعداد ممیزی

در ادامه درس ساختار کامپیوتر شما می‌توانید اطلاعات خوبی را درباره ضرب کننده‌های اعداد صحیح و تقسیم آن‌ها به دست خواهید آورد. در نتیجه می‌توانید به نوعی با اعداد ممیز شناور آشنا شوید. این آشنایی به شما کمک خواهد کرد که تعداد زیادی از مقادیر را با اشغال کردن بیت‌های کمی نمایش دهید.

 توانایی طراحی یک ISA یا معماری مجموعه دستورالعمل

ISA یا Instruction Set Architecture در واقع یک مدل انتزاعی از یک کامپیوتر است که به نوعی تعیین‌کننده ساختار و زبان کامپیوتر به شمار می‌رود. با استفاده از این توانایی می‌توانید سیستم‌ها و ساختار اصلی یک کامپیوتر را طراحی کرده و اطلاعات خوبی را درباره ویژگی‌های آن به دست آورید.

توانایی تحلیل دستورات MIPS و استفاده از آن‌ها

معماری MIPS یکی از اصلی‌ترین انواع ساختار کامپیوتر است که می‌تواند به شما در پیاده‌سازی پردازنده‌ها کمک کند. دستورات این معماری نقش به سزایی در طراحی سیکل‌ها خواهند داشت؛ به همین دلیل در ادامه دوره آموزشی ساختار کامپیوتر از این دستورات برای پیاده‌سازی single cycle استفاده می‌شود. علاوه بر این نحوه پیاده‌سازی multi cycle و کنترلر آن هم به شما آموزش داده می‌شود.

شناخت پایپ لاین

در پایان دوره آموزشی ساختار کامپیوتر، اطلاعات خوبی را درباره پایپ لاین‌ها در اختیار خواهید داشت. در نتیجه می‌توانید به راحتی با داده‌ها کار کرده و رفته‌رفته فرایند موازی‌سازی و افزایش سرعت پردازش داده‌ها را اجرا کنید.

  شناخت پردازنده‌های جدید

بدون شک امروز ساده‌ترین پردازنده‌ها هم دیگر با ساختارهای مقدماتی کار نمی‌کنند و برای افزایش سرعت پردازش داده‌ها، از فرایندهای مختلفی استفاده خواهند کرد. در پایان این دوره آموزشی شما می‌توانید با شناخت Multiple issues، Dynamic scheduling و Parallel Processing مکانیزم پردازنده‌های جدید و نحوه عملکرد آن‌ها را بشناسید.

دوره آموزشی ساختار کامپیوتر مناسب چه کسانی است؟

همان‌طور که گفتیم ویدئوهای ضبط‌شده این دوره، مربوط به سال 1392 هستند به همین دلیل شاید دیگر دانشجویان کارشناسی ارشد برای درس ساختار کامپیوتر پیشرفته نتوانند از مباحث آن استفاده کنند. البته دانشجویانی که از سایر گرایش‌های مهندسی کامپیوتر یا رشته‌ها، وارد مقطع تحصیلات تکمیلی معماری کامپیوتر شده‌اند؛ می‌توانند به خوبی از مباحث این درس، برای درک بهتر دروس ارشد یا دکترا استفاده کنند.

علاوه بر این دانشجویان مقطع لیسانس یا همه افرادی که به پردازنده‌ها علاقه دارند؛ می‌توانند از این دوره بهره ببرند. به طور کلی اگر می‌خواهید ساختار و زبان کامپیوتر را به صورت اصولی و درست یاد بگیرید؛ دیدن ویدئوهای این دوره به شما پیشنهاد می‌شود.

ویژگی‌های متمایز دوره ساختار کامپیوتر چیست

یکی از ویژگی‌های متمایز دوره ساختار کامپیوتر این است که اسلایدهای درس به همراه ویدئوهای آن به شما ارائه شده‌اند. هرچند اسلایدها همان مواردی که در فیلم توضیح داده شده‌اند، نیست؛ اما می‌توانید ارتباط خوبی را میان آن‌ها و مباحث مطرح شده در طی دوره به دست آورید. زیرا دقیقا بر اساس همان مواردی ساخته و طراحی شده‌اند که در ویدئوها مطرح شده است.

آموزش‌های پیش‌نیاز و یا مکمل پیشنهادی این دوره

از آنجا که در دوره آموزش ساختار کامپیوتر به صورت کاملا مقدماتی و از پایه همه مباحث را آموزش داده است؛ نیازی به پیشنهاد نخواهد داشت. با این حال در چارت درسی مهندسی کامپیوتر، گفته شده که مکمل پیشنهادی این دوره، درس مدارهای منطقی است. زیرا آشنایی با این مدارها، شناخت عملکرد پردازنده‌ها را برای شما ساده‌تر خواهد کرد.

سرفصل‌های درس

دوره آموزشی ساختار و زبان کامپیوتر در 27 جلسه ارائه شده و شامل 30 ساعت و 8 دقیقه محتوای آموزشی است. در طی این دوره شما می‌توانید با سیستم اعداد آشنا شده و نحوه انجام عملیات ریاضی بر روی اعداد را در کامپیوتر بشناسید.

علاوه بر این با مفاهیمی مانند اعداد ممیز شناور، معماری MIPS، FSMها و همه مواردی که در طراحی یک پردازنده ساده به شما کمک می‌کنند؛ آشنا خواهید شد. در نهایت خواهید توانست عملکرد پردازنده‌های امروزی را به صورت کامل تشریح کرده و علت بالا بودن سرعت پردازش داده‌ها در آن‌ها را دریابید. به علاوه با پردازش موازی آشنا شده و می‌توانید به خوبی سرعت یک پردازنده را افزایش دهید.