Guía Docente 2014/2015

Transcripción

1 Guía Docente 2014/2015 Arquitectura de Computadores Computer Architecture Grado en Ingeniería Informática Presencial lf:

2 Índice Arquitectura de Computadores...3 Breve descripción de la asignatura...3 Requisitos Previos...3 Objetivos...3 Competencias y resultados de aprendizaje...4 Metodología...6 Temario...6 Relación con otras materias...8 Sistema de evaluación...8 Bibliografía y fuentes de referencia...9 Web relacionadas...9 Recomendaciones para el estudio y la docencia...9 Material necesario Tutorías... 10

3 Arquitectura de Computadores Módulo: Común. Materia: Fundamentos de sistemas informáticos. Carácter: Obligatorio. Nº de créditos: 4,5 ECTS. Unidad Temporal: 3er curso 1 er semestre. Profesor de la asignatura: Antonio Llanes Castro (web profesorado) Allanes@ucam.edu Horario de atención a los alumnos/as: Lunes 11:00 12:00. Profesor coordinador de módulo: Andrés Muñoz Ortega. Profesor coordinador de curso: Fernando Pereñíguez García. Breve descripción de la asignatura En la asignatura se proporciona una visión sobre el diseño e implementación del camino de datos de procesadores, se profundiza en técnicas de segmentación, presentando las distintas arquitecturas de computadores. La parte práctica de la asignatura consta de la aplicación práctica de los conceptos aprendidos. Brief Description This subject provides skills in the design and implementation of processors datapath, giving insights into the pipeline techniques and showing different computer architectures. The hands-on labs of this subject have the practical application of several new concepts. Requisitos Previos No se establecen requisitos. Objetivos 1. Conocer las distintas generaciones de la evolución de los computadores. 2. Reconocer las principales características de las arquitecturas de computadores. 3. Saber identificar, intercomunicar, y desarrollar un camino de datos monociclo. 4. Explicar adecuadamente las principales características del camino de datos monociclo.

4 5. Saber interconectar, y desarrollar nuevas especificaciones para el control del camino de datos monociclo. 6. Explicar adecuadamente las principales características del control del camino de datos monociclo. 7. Saber identificar, intercomunicar, y desarrollar un camino de datos multiciclo. 8. Explicar adecuadamente las principales características del camino de datos multiciclo. 9. Saber interconectar, y desarrollar nuevas especificaciones para el control del camino de datos multiciclo. 10. Explicar adecuadamente las principales características del control del camino de datos multiciclo. 11. Comprender en qué consiste la segmentación. 12. Enumerar correctamente las ventajas de la segmentación. 13. Identificar inequívocamente las dependencias y riesgos de datos ante la presentación de un código. 14. Saber aplicar soluciones ante las dependencias y riesgos de datos. 15. Conocer y explicar las características de los procesadores vectoriales. 16. Conocer y explicar las características de los procesadores paralelos. Competencias y resultados de aprendizaje Competencias transversales T 2. Capacidad de resolución de problemas y toma de decisiones. T 3. Capacidad para trabajar en equipo y habilidades en las relaciones interpersonales. T 5. Toma de decisiones. T11. Razonamiento crítico. T14. Aprendizaje autónomo. T15. Adaptación a nuevas situaciones. T16. Creatividad e innovación.

5 T22. Comprender los puntos principales de textos claros y en lengua estándar si tratan sobre cuestiones relacionadas con el ámbito de estudio. Competencias específicas C9. Capacidad de conocer, comprender y evaluar la estructura y arquitectura de los computadores, así como los componentes básicos que los conforman. Resultados de aprendizaje RA Describir las características de las arquitecturas CISC y RISC. RA Explicar adecuadamente las principales características del camino de datos monociclo y multiciclo así como su control. RA Identificar y describir los distintos elementos que componen el procesador monociclo, así como sus elementos de control. Interconectar y desarrollar nuevas especificaciones para el control del camino de datos. RA Identificar y describir los distintos elementos que componen el procesador multiciclo, así como sus elementos de control. Interconectar y desarrollar nuevas especificaciones para el control del camino de datos. RA Comprender las bases de la segmentación y el funcionamiento de distintas arquitecturas de procesadores, identificando dependencias y riesgos y proponiendo soluciones.

6 Metodología Metodología Horas Horas de trabajo presencial Horas de trabajo no presencial Clases en el aula 22,5 Prácticas 9 Evaluación en el aula 4,5 45 horas (40 %) Tutorías 9 Estudio personal 27 Realización de ejercicios, presentaciones, 23,7 trabajos y casos prácticos. 67,5 horas (60 %) Actividades de 3,3 aprendizaje virtual Lecturas recomendadas y búsqueda de 13,5 información TOTAL 112, ,5 Temario Programa de la enseñanza teórica 1. Tema 1. Historia de los computadores. Arquitecturas CISC y RISC Introducción Historia de los computadores Arquitecturas CISC y RISC. 2. Tema 2. Diseño de un procesador monociclo Introducción. Elementos necesarios Instrucciones tipo R en el camino de datos monociclo Instrucciones tipo I en el camino de datos monociclo.

7 2.4. Instrucciones tipo J en el camino de datos monociclo Camino de datos monociclo completo. 3. Tema 3. Control de un procesador monociclo Señales de control de multiplexores en el camino de datos monociclo Señales de control de elementos de estado en el camino de datos monociclo Implementación del control. 4. Tema 4. Diseño de un procesador multiciclo Introducción. Elementos necesarios Partición en ciclos de las instrucciones tipo R en el camino de datos monociclo Partición en ciclos de las instrucciones tipo I en el camino de datos monociclo Partición en ciclos de las instrucciones tipo J en el camino de datos monociclo. 5. Tema 5. Control de un procesador multiciclo Implementación del control multiciclo. 6. Tema 6. Segmentación. Ventajas de la segmentación Introducción Segmentación Riesgos y dependencias. 7. Tema 7. Dependencias y riesgos. Soluciones Riesgos estructurales Riesgos de control Riesgos de datos. 8. Tema 8. Procesadores vectoriales y paralelos 8.1. Introducción Paralelismo ILP y otros tipos de paralelismo.

8 Programa de la enseñanza práctica Práctica 1 - Diseño e implementación de instrucciones de bajo nivel en camino de datos monociclo, consistente en la realización de ejercicios para seguir el flujo de las instrucciones por este tipo de camino de datos. Práctica 2 - Diseño e implementación de instrucciones de bajo nivel en camino de datos multiciclo, con el ánimo de ejemplificar el funcionamiento tanto del camino de datos como del control en esta arquitectura. Práctica 3 - Resolución de problemas de segmentación, evidenciando los distintos tipos de riesgos en la segmentación, y mostrando posibles soluciones a los mismos. Relación con otras materias Fundamentos de computadores, en la que se estudia el funcionamiento de un ordenador a nivel de diseño. Estructura de computadores, asignatura en la que se estudiará el funcionamiento interno y la programación de periféricos, elementos que también se introducen en fundamentos de la informática. La asignatura de arquitectura de computadores tiene también relación con otras asignaturas como la de programación paralela, puesto que en la asignatura de arquitectura de computadores se muestra una introducción de paralelismo a nivel de instrucción, y ya será en programación paralela cuando se profundice en temas de paralelismo a todos los niveles. Sistema de evaluación Exámenes: Primera prueba parcial: 30% del total de la nota. En la primera prueba parcial se examinará de las competencias adquiridas relativas al camino de datos monociclo, mediante ejercicios para demostrar la comprensión en este tipo de filosofía. Segunda prueba parcial: 40% del total de la nota. En la segunda prueba parcial se examinará al alumno de las competencias adquiridas relativas al camino de datos multiciclo, así como de las técnicas de segmentación, los riesgos asociados a la segmentación, y las soluciones a los mismos. Realización de trabajos: Parte práctica: 30% del total de la nota. La parte práctica de la asignatura servirá para preparar al alumno de cara a las distintas pruebas parciales, haciéndole enfrentarse a ejercicios del mismo tipo de las pruebas parciales, para

9 dotarle de suficiente destreza como para afrontar los problemas que se le planteen en las distintas filosofías de arquitecturas. Bibliografía y fuentes de referencia Bibliografía básica Estructura y Diseño de Computadores 2ª Ed. Patterson, D.A., Hennessy, J.L. Reverté Brasil Estructura y Diseño de Computadores. Volumen 1, 2 y 3. Patterson, D.A., Hennessy, J.L. Reverté David A. Patterson and John L. Hennessey Publisher Computer Organization and Design, The Hardware/Software Interface 4th Edition revised printing Authors Elsevier, Bibliografía complementaria Arquitectura de computadores. Ortega, J., Anguita, M., Prieto, A. Thompson Web relacionadas Página dedicada a los superordenadores más pontentes, con listas semestrales e información acerca de la arquitectura de computadores en general. Página web dedicada a la arquitectura de computadores, donde pueden encontrar conferencias, artículos de investigación, etc. Página personal de David A. Patterson Recomendaciones para el estudio y la docencia Asistir a las clases y participar en ellas de forma activa se vuelve de vital importancia en esta asignatura. Consultar la bibliografía recomendada en cada tema y no limitarse al estudio de los apuntes tomados en clase. Utilizar el campus virtual y de los documentos que se comparten en él para su consulta.

10 Material necesario Aplicaciones En el transcurso del temario de segmentación, en la asignatura se hará uso del software WINDLX, disponible en: ftp://ftp.vlsivie.twien.ac.at de uso libre, consiste en un front-end desarrollado por la universidad de Viena para el simulador DLX de la Universidad de Stanford. Sus aplicaciones gráficas incluyen una ventana de código, ventana de estadísticas actualizable en cada ciclo, una ventana para mostrar el flujo del pipeline posibilitando incidir en el progreso de las instrucciones ciclo a ciclo. Dicho software es de libre uso y está disponible tanto en su página de descarga, como en el campus virtual. Material didáctico Se proporcionará al alumno todo el material didáctico necesario, tales como los apuntes sobre los temas tratados. Distinto tipo de ejercicios para asentar los conceptos teóricos. Aparte de estos materiales comunes a la mayoría de asignaturas, no se requiere ningún otro material adicional. Tutorías Breve descripción Las tutorías se centran en la preparación de ejercicios propuestos en pequeños grupos, su exposición oral, planteamiento de ejercicios a los compañeros y evaluación de los mismos. El trabajo será evaluado por compañeros y compañeras, además de por el profesor de la asignatura, atendiendo a la calidad general del trabajo y a las habilidades y actitudes expuestas.