Grado en Ingeniería de Computadores Universidad de Alcalá Curso Académico 2015/2016 Tercer curso Primer cuatrimestre

Transcripción

1 ARQUITECTURA E INGENIERÍA DE COMPUTADORES Grado en Ingeniería de Computadores Universidad de Alcalá Curso Académico 2015/2016 Tercer curso Primer cuatrimestre

2 GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Arquitectura e Ingeniería de Computadores Código: Titulación en la que se imparte: Grado en Ingeniería de Computadores Departamento y Área de Conocimiento: Automática. Arquitectura y Tecnología de Computadores Carácter: Obligatoria Créditos ECTS: 6 Curso: Tercer curso, primer cuatrimestre Profesorado: José Antonio de Frutos Redondo Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Español 1. PRESENTACIÓN La asignatura Arquitectura e Ingeniería de Computadores es una materia obligatoria con seis créditos que se imparte en el tercer curso del Grado en Ingeniería de Computadores. El objetivo fundamental de la asignatura es el conocimiento, tanto a nivel de hardware como de software, de la computación paralela, la única capaz de generar las potencias de computación exigidas hoy en día para la resolución de los problemas que se plantean a los computadores. En la parte dedicada al hardware se tratará la arquitectura de los sistemas monoprocesadores que generan paralelismo a nivel de instrucción, la arquitectura multiprocesador en sus dos grandes grupos: sistemas de memoria compartida y sistema de memoria distribuida, y otras arquitecturas empleadas en computación de altas prestaciones como arquitecturas SIMD. En la parte software se tratará de la programación de sistemas paralelos, haciendo hincapié en la programación multihebra, openmp, MPI y opencl. Se realizarán prácticas de programación usando los distintos paradigmas de programación indicados. 2

3 2. COMPETENCIAS Competencias genéricas: 1. Conocer e identificar la existencia de metodologías de desarrollo de productos, encaminadas a mejorar la accesibilidad, prestando atención a las particularidades de las personas. 2. Capacidad de análisis de los requisitos implicados en el diseño, desarrollo e implantación de productos informáticos. 3. Analizar casos de uso específicos para la aplicación de los conceptos propios de la asignatura y así promover técnicas encaminadas a concienciar al futuro egresado en los aspectos de accesibilidad y discapacidad. 4. Conocer los factores que contribuyen al rendimiento de los computadores. Elegir las métricas más apropiadas al evaluar un computador. (CE-CAO7). 5. Conocer el efecto de la latencia de memoria y el uso de la jerarquía de memoria para reducirla. (CE-CAO3, CE-AR4). 6. Diseñar las señales de control en un computador cableado y en uno microprogramado. Explicar la segmentación de instrucciones (CE-CAO7). 7. Identificar varios tipos de buses en un sistema de computador. Describir las ventajas y limitaciones de las arquitecturas RAID (CE-AR5) 8. Discutir el concepto de proceso paralelo. Describir arquitecturas alternativas como SIMD, MIMD y VLIW. Describir arquitecturas superescalares (CE-AR7, CEAR8). Competencias específicas: 1. Conocer las características esenciales de la arquitectura de procesadores que implementa ILP (Paralelismo a nivel de instrucción). 2. Conocer las características esenciales de la arquitectura de procesadores SMP (Procesadores de memoria compartida). 3. Conocer las características esenciales de los computadores vectoriales. 4. Conocer las características esenciales de la arquitectura de multicomputadores (Procesadores de memoria distribuida). 5. Conocer las caracteristica de distintos tipos de redes de inteconexión para procesadores. 3

4 6. Se capaz de realizar la programación de un proceso en los distintos paradigmas de programación paralela. 4

5 3. CONTENIDOS 1. Introducción al paralelismo. Necesidad del procesamiento paralelo. Rendimiento de computadores. Ley de Amdahl aplicada al paralelismo. Taxonomía de Flynn. Tipos de paralelismo. Entornos de programación paralela. 2. Paralelismo a nivel de instrucción. Segmentación. Planificación estática de instrucciones. Planificación dinámica de instrucciones. Predicción dinámica de saltos. Procesadores VLIW y superescalares. 3. Paralelismo a nivel de datos. Paralelismo de datos. Computadores vectoriales. GPUs. 4. Arquitecturas paralelas. Características de los supercomputadores actuales. Arquitecturas paralelas. Memoria compartida. Multicomputadores. Redes de interconexión. 5. Programación paralela. Programación multihebra. Programación en MPI. Otros paradigmas de programación paralela (openmp opencl) 5

6 Cronograma Unidades temáticas Temas Total horas, clases, créditos o tiempo de dedicación Introducción al paralelismo Tema 1 4 h Paralelismo a nivel de instrucción Tema 2 10 h Paralelismo a nivel de datos Tema 3 6 h Arquitecturas paralelas Tema 4 16 h Programación paralela Tema 5 24 h 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS Las actividades formativas se comprenden 6 créditos ECTS. En el proceso de enseñanza-aprendizaje de los contenidos se emplearán las siguientes actividades formativas: Clases Teóricas. Clases Prácticas: resolución de problemas. Clases Prácticas: actividades de laboratorio. Tutorías individuales y/o grupales. Además se podrán utilizar, entre otras, las siguientes actividades formativas: Trabajos individuales o en grupo: realización, exposición y debate. Asistencia a conferencias, reuniones o discusiones científicas relacionadas con la materia. Para que el alumno pueda alcanzar las competencias indicadas, las actividades en esta materia se distribuyen de la siguiente manera: 3 créditos teóricos, a base de clases magistrales por parte del profesorado y exposición y debate de trabajos por parte del alumnado. 3 créditos prácticos, mediante la resolución de problemas y actividades de laboratorio, en los que el alumno completará su formación para alcanzar las competencias establecidas. En todos los casos podrán emplearse las Tecnologías de la Información y la Comunicación como apoyo a las actividades formativas (búsqueda de información en Internet, participación en foros y uso de los materiales disponibles en las plataformas de teleformación, etc.). 6

7 4.1. Distribución de créditos (especificar en horas) Número de horas presenciales: 60 Número de horas del trabajo propio del estudiante: 90 Total horas Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos Clases presenciales Trabajo autónomo Tutorías Clases teóricas Resolución de casos prácticos Pruebas parciales Estudio y trabajo individual Realización de ejercicios Participación en actividades Las tutorías podrán ser en grupos o individuales. Durante las mismas, los estudiantes plantearán al profesor dudas concretas relacionadas con la asignatura. Los materiales para la preparación de las sesiones presenciales y del trabajo autónomo, así como las actividades a realizar, estarán disponibles en la página web de la asignatura. La dirección concreta de dicha página y toda la información sobre el desarrollo de la asignatura, normativa, criterios de evaluación, política de plagio, etc., se detallarán en la clase de presentación. 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación El sistema de calificación se ajustará al RD 1125/2003 por el cual se regula el sistema de créditos ECTS. Los estudiantes se acogerán a los procedimientos de evaluación según lo articulado en el título 2 (art. 9 y 10) de la Normativa de Evaluación de los Aprendizajes de la UAH. La evaluación continua se realizará mediante Pruebas de Evaluación Continua (PEC) distribuidas a lo largo del cuatrimestre, cuya calificación se utilizará de forma ponderada para obtener la calificación final de la evaluación continua. La evaluación continua servirá en cualquier caso como evaluación formativa durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. 7

8 Procedimientos de evaluación 1. Convocatoria Ordinaria: Para el proceso de evaluación continua se realizaran las siguientes actividades: Tres pruebas escritas repartidas a lo largo del curso en las que se propondrán cuestiones teóricas y problemas para ser resueltas por el alumno. El peso de la calificación de estas pruebas supondrá un 70% de la nota final. Las tres pruebas tienen el mismo valor para la calificación final. Realización de las prácticas de laboratorio y presentación de una memoria donde se describan los procesos realizados y los resultados obtenidos, esta prueba supondrá un 20% de la calificación global. Realización de un trabajo sobre un tema propuesto por el profesor, o por el alumno con la aprobación del profesor. El peso sobre la nota total de esta prueba será de un 10% 2. Convocatoria Extraordinaria: En la convocatoria extraordinaria, los alumnos que no hayan superado la convocatoria ordinaria realizarán una única prueba que constituirá el 100% de la nota de la asignatura. 3. Los que no se acojan a la evaluación continua serán calificados por medio de un examen final. El examen final constará de una única prueba que constituirá el 100% de la nota de la asignatura, en esta prueba se propondrán al alumno un conjunto de preguntas teóricas y la resolución de problemas relacionados con la materia de la asignatura. Criterios de evaluación. La evaluación de la adquisición de competencias tendrá en cuenta, entre otros, los siguientes criterios de evaluación: Dominio de los contenidos y conceptos básicos Resolución de problemas y prácticas propuestas Aplicación de los contenidos Interés y motivación en la realización de las tareas y prácticas 8

9 Instrumentos de Evaluación. Los instrumentos de evaluación serán los descritos en el apartado procedimientos de evaluación: Tres pruebas escritas para la evaluación continua. Una prueba escrita final para los que no se acogen a evaluación continua. Prácticas de laboratorio. Desarrollo de un trabajo sobre aspectos de la asignatura. Los detalles y pesos sobre la evaluación final de estos instrumentos están especificados en el apartado procedimientos de evaluación. 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica Arquitectura de Computadores, Julio Ortega, Mancia Anguita, Alberto Prieto Thomson-Paraninfo, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 5ª edition, John L. Hennessy, David A. Patterson, Morgan Kaufmann, Parallel Computer Architecture, David E. Culler, Jaswinder P. Singh, with Anoop Gupta, Morgan Kaufmann, Scalable Parallel Computing, Kai Hwang, Zhiwei Xu, WCB/McGraw-Hill, Programming with POSIX Threads, David R. Butenhof, Addison-Wesly, Professional Computing Series, Parallel Programming with MPI, Peter S. Pacheco, Morgan Kaufmann, Bibliografía Complementaria Computer Architecture: A Quantitative Approach, third edition, John L. Hennessy, David A. Patterson, Morgan Kaufmann, Advanced Computer Architecture. Parallelism, Scalability, Programmability, Kai Hwang, Mc-Graw Hill, Arquitectura de computadoras y procesamiento en paralelo, Kai Hwang, Fayé A. Briggs, Mc-Graw Hill, Introduction to Parallel Computing, second edition, A. Grama, A. Gupta et al., Addison-Wesley, A User's Guide to MPI, Peter Pacheco, disponible en ftp://math.usfca.edu/pub/mpi/mpi.guide.ps.z 9

10 Advanced Computer Architectures, A design space approach, D. Sima, T. Fountain, P. Kacsuk, Addison-Wesley,