⚙️ نقشه راه یادگیری معماری کامپیوتر
مسیر جامع از مبانی تا سیستمهای پیشرفته
💡 توجه: معماری کامپیوتر یکی از بنیادیترین موضوعات علوم کامپیوتر است. درک عمیق آن برای توسعهدهندگان سیستم، طراحان سختافزار و مهندسین نرمافزار high-performance ضروری است.
🎯 پیشنیازهای ضروری: ریاضیات گسسته، مبانی برنامهنویسی، سیستمهای عددی (Binary, Hex)، منطق دیجیتال پایه. بدون این مبانی، یادگیری معماری کامپیوتر دشوار خواهد بود.
سطح 1
مبتدی
مبانی سیستمهای عددی
- Binary & Hexadecimal
- تبدیل بین سیستمهای عددی
- عملیاتهای باینری
- اعداد Signed و Unsigned
- Two's Complement
- نمایش اعداد اعشاری (IEEE 754)
منطق دیجیتال
- درهای منطقی (AND, OR, NOT)
- NAND, NOR, XOR
- جداول درستی (Truth Tables)
- Boolean Algebra
- قوانین De Morgan
- Karnaugh Maps
مدارهای ترکیبی
- Multiplexer (MUX)
- Demultiplexer (DEMUX)
- Encoder & Decoder
- Adder (Half & Full)
- Subtractor
- Comparator
مدارهای توالی
- Flip-Flops (SR, D, JK, T)
- Latches
- Registers
- Counters
- Shift Registers
- State Machines
سطح 2
متوسط
مدل Von Neumann
- معماری Von Neumann
- اجزای اصلی: CPU, Memory, I/O
- Harvard Architecture
- تفاوت Von Neumann vs Harvard
- Bus Systems
- Stored Program Concept
واحد پردازش مرکزی (CPU)
- ALU (Arithmetic Logic Unit)
- Control Unit
- Registers (PC, IR, MAR, MDR)
- Fetch-Decode-Execute Cycle
- Clock & Timing
- Instruction Set
دستورالعملها (Instructions)
- Instruction Format
- Addressing Modes
- RISC vs CISC
- Assembly Language Basics
- Opcodes & Operands
- Instruction Types
حافظه (Memory)
- RAM (SRAM vs DRAM)
- ROM (PROM, EPROM, EEPROM)
- Memory Hierarchy
- Address Space
- Word & Byte Addressing
- Endianness (Big/Little)
سطح 3
پیشرفته
Pipelining
- مفهوم Pipeline
- مراحل Pipeline (5-stage)
- Pipeline Hazards
- Data Hazards & Forwarding
- Control Hazards
- Branch Prediction
Cache Memory
- Locality (Temporal & Spatial)
- Cache Levels (L1, L2, L3)
- Direct Mapped Cache
- Set Associative Cache
- Fully Associative Cache
- Cache Replacement Policies
- Write Policies
Virtual Memory
- Paging
- Page Tables
- TLB (Translation Lookaside Buffer)
- Page Faults
- Segmentation
- Memory Protection
I/O و Interrupts
- I/O Methods (Polling, Interrupts)
- DMA (Direct Memory Access)
- Interrupt Handling
- Interrupt Priority
- I/O Controllers
- Bus Arbitration
سطح 4
تخصصی
معماریهای مدرن
- Superscalar Processors
- Out-of-Order Execution
- Speculative Execution
- Branch Prediction پیشرفته
- Register Renaming
- Tomasulo's Algorithm
Multiprocessing
- Multi-core Processors
- SMP (Symmetric Multiprocessing)
- Cache Coherence (MESI Protocol)
- Memory Consistency Models
- Thread-Level Parallelism
- Hyper-Threading
معماریهای خاص
- SIMD (SSE, AVX)
- GPU Architecture
- VLIW Processors
- ARM Architecture
- x86-64 Architecture
- RISC-V
بهینهسازی عملکرد
- Performance Metrics
- Amdahl's Law
- Bottleneck Analysis
- Cache Optimization
- Loop Unrolling
- Code Profiling
سطح 5
حرفهای
سیستمهای توزیع شده
- Distributed Memory Systems
- Message Passing (MPI)
- Cluster Computing
- NUMA (Non-Uniform Memory Access)
- Interconnection Networks
- Load Balancing
معماریهای ویژه
- FPGA Design
- ASIC Design Basics
- SoC (System on Chip)
- Embedded Systems Architecture
- Real-Time Systems
- IoT Architecture
امنیت سختافزار
- Side-Channel Attacks
- Spectre & Meltdown
- Rowhammer Attack
- Hardware Trojans
- Secure Enclaves (SGX)
- Trusted Execution Environment
معماریهای آینده
- Quantum Computing Basics
- Neuromorphic Computing
- DNA Computing
- Optical Computing
- 3D Stacked Processors
- Near-Memory Computing