PROGRAMA DOCENTE ESCOLA SUPERIOR DE ENXEÑERÍA INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE TECNOLOXÍA ELECTRÓNICA TITULACIÓN: ENXEÑEIRO SUPERIOR EN INFORMÁTICA

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1 ESCOLA SUPERIOR DE ENXEÑERÍA INFORMÁTICA DEPARTAMENTO DE TECNOLOXÍA ELECTRÓNICA PROGRAMA DOCENTE TITULACIÓN: ENXEÑEIRO SUPERIOR EN INFORMÁTICA MATERIA: ARQUITECTURA E ENXEÑERÍA DE COMPUTADORES CURSO: 2011/2012 CÓDIGO: CARÁCTER: TRONCAL CUATRIMESTRE: 2º CARGA LECTIVA: 15 CRÉDITOS PROFESOR RESPONSABLE: CARLOS CASTRO MIGUENS DESPACHO: 312 CORREO ELECTRÓNICO: CMIGUENS@UVIGO.ES O/A PROFESOR/A RESPONSABLE O/A SECRETARIO/A DO DEPAR- TAMENTO O/A SECRETARIO/A DO CENTRO ASDO: CARLOS CASTRO MIGUENS ASDO: RAFAEL VERDUGO MATÉS ASDO: Mª JOSÉ LADO TOURIÑO 1

2 DATOS ADMINISTRATIVOS DATOS DA TITULACIÓN Código 1061 Nome ENXEÑERÍA INFORMÁTICA PLAN ESTUDO 10 Fecha publicación BOE Curso implantación 29/06/ /2000 DATOS DA MATERIA Código da materia Nome da materia ARQUITECTURA E ENXEÑERÍA DE COMPUTADORES Centro / Titulación E.S. DE ENXEÑERÍA INFORMATICA / ENXEÑERÍA INFORMÁTICA Tipo Curso Anual/cuadrimestral Troncal 4º 2 Cuadrimestre Créditos aula (A) Créditos laboratorio (L) Créditos prácticas (P) Créditos ECTS 3x3 0 6x1 Idioma: galego x castelán x inglés Departamento Idioma: Área de coñecemento galego x castelán x inglés x Idioma: DATOS DO ENCARGO DE DOCENCIA Tecnología Electrónica Electrónica galego castelán inglés Número grupos A Número grupos L Número grupos P

3 Profesorado da materia DATOS DO CENTRO Nome: Carlos Castro Miguens Categoría: Asociado Despacho: 312 Teléfono: Créditos A Créditos L Créditos P Grupos 6 0 1T/0L Titorías Período Mañá Tarde Primeiro cuatrimestre Los lunes de 15:00 a 21:00 horas. Segundo cuatrimestre Los lunes de 15:00 a 21:00 horas. Período sen docencia Los lunes de 10:00 a 14:00 horas Los lunes de 15:00 a 17:00 horas. Nota: cualquier cambio en el horario de tutorías se publicará oportunamente tanto en faitic ( como en la puerta del despacho 312. Nome: Marcos Pérez Suárez Categoría: Asociado Despacho: 313 Teléfono: marcsps@uvigo.es Créditos A Créditos L Créditos P Grupos 0 9 3L Titorías Período Mañá Tarde Primeiro cuatrimestre Los lunes de 15:00 a 20:00 horas. Segundo cuatrimestre Los lunes de 15:00 a 20:00 horas. Período sen docencia Los lunes de 15:00 a 20:00 horas. Outros (especificar) Tribunal Extraordinario de 5ª, 6ª e 7ª convocatoria Presidente/a: Secretario/a: Vocal: Suplente: Alfonso Lago Ferreiro Rafael Verdugo Matés Carlos Martínez Peñalver Freire Perfecto Mariño Espiñeira 3

4 PROGRAMA DOCENTE 1. Contextualización 1.1 Perfil dos créditos da materia La tecnología actual depende en gran medida de la potencia de cálculo de los computadores. A modo de ejemplo, cabe decir que los computadores más potentes que existen hoy en día se utilizan en aplicaciones tan variadas e importantes como: desarrollo de modelos climáticos, diseño de nuevos medicamentos, estudio del genoma humano, modelado de superconductores, diseño de aviones, de reactores nucleares, etc. En relación a esto, cabe decir que en esta asignatura se estudian los procesadores y las arquitecturas de computadores más avanzadas, disponibles en la actualidad. Además se estudia la arquitectura de un microcontrolador de gama alta, utilizándolo para implementar diversas aplicaciones. 1.2 Ubicación e relacións no Plano de Estudo Esta asignatura se imparte en 4º curso de Ingeniería Informática. Dentro del plan de estudios de la titulación, ésta asignatura viene a ser un curso avanzado de Arquitectura de Computadores. 2. Obxectivos El curso Arquitectura e Ingeniería de Computadores se divide en tres partes. La primera se dedica al estudio de los procesadores paralelos. En concreto, se estudia el procesamiento paralelo a nivel de microarquitectura o de transferencia de registros, analizándose los principales tipos de procesadores desarrollados para aprovechar el paralelismo entre instrucciones (ILP) y de datos. En esta primera parte, el alumno aprenderá a evaluar las características de los procesadores, identificando los cuellos de botella que limitan sus prestaciones. También aprenderá a aprovechar las características de los procesadores para escribir programas, sistemas operativos y compiladores más eficaces. Todo ello desde una perspectiva de la ingeniería, donde es preciso entender las interacciones entre los diferentes elementos de las arquitecturas. La segunda parte de la asignatura se dedica al estudio de los computadores paralelos. Es decir, se estudian los sistemas que utilizan múltiples procesadores para incrementar las prestaciones tanto en el procesamiento paralelo, como en el distribuido (arquitecturas MIMD). En la tercera parte de la asignatura se estudian arquitecturas orientadas a aplicaciones. 3. Temario 3.1 Descritor da materia (BOE) Arquitecturas paralelas. Arquitecturas orientadas a aplicaciones y lenguajes 4

5 3.2 Teoría Tema 1.- Introducción al procesamiento paralelo. Incremento de prestaciones (4 h). 1.1 Concepto de arquitectura. 1.2 Clasificación de las arquitecturas paralelas. Taxonomía de Flynn. 1.3 Evaluación de las prestaciones de un computador. 1.4 Programas de prueba. 1.5 Análisis de la mejora de prestaciones. Ley de Amdahl. Tema 2.- Segmentación de cauce y procesadores segmentados (10 h). 2.1 Introducción 2.2 Principios de la segmentación y mejora de las prestaciones. 2.3 Arquitectura DLX 2.4 Riesgos estructurales, de datos y de control. 2.5 Planificación de instrucciones. 2.6 Predicciones estáticas y dinámicas de los saltos. 2.7 Desenrollamiento de bucles (loop unrolling) Tema 3.- Procesadores superescalares (4 h). 3.1 Introducción 3.2 Paralelismo a nivel de instrucción y a nivel de máquina. 3.3 Procesamiento superescalar de instrucciones en la arquitectura DLX 3.4 Desenrollamiento de bucles en un procesador DLX superescalar. 3.5 Renombramiento de registros. Técnica de R. M. Tomasulo 3.6 Mantenimiento de la consistencia. Buffer de reordenamiento. Tema 4.- Procesadores VLIW (4 h). 4.1 Introducción. 4.2 Aprovechamiento del paralelismo en las arquitecturas VLIW 4.3 Limitaciones y coste del enfoque VLIW. Tema 5.- Procesadores vectoriales (6 h). 5.1 Introducción. 5.2 Arquitectura vectorial básica. Características 5.3 Rendimiento 5.4 Sistema de memoria Tema 6.- Computadores paralelos (12 h). 6.1 Introducción 6.2 Arquitecturas paralelas y niveles de paralelismo. 6.3 Aplicaciones que requieren el uso de computadores paralelos. 6.4 Clasificación y estructura general de los sistemas con múltiples procesadores 6.5 Comparación entre los sistemas multiprocesador y multicomputador. 6.6 Tipos de sistemas multiprocesador 6.7 Tipos de sistemas multicomputador 6.8 Programación paralela 6.9 Prestaciones de los computadores paralelos. _ Ley de Amdahl _ Ley de Gustafson-Barsis _ Eficiencia _ Benchmarking 6.10 Coherencia del sistema de memoria en los sistemas multiprocesador. Protocolos 6.11 Consistencia de la memoria en los sistemas multiprocesador 6.12 Sincronización de las comunicaciones en los sistemas multiprocesador 5

6 Anexo: Necesidad de una jerarquía de memoria _ Organización del sistema caché _ Memoria virtual Tema 7.- Arquitecturas orientadas a aplicaciones basadas en μc (20 h). 7.1 Estructura Interna. 7.2 Programación. 7.3 Aplicaciones. 3.3 Prácticas _ Procesamiento paralelo con el procesador segmentado DLX (8 h). _ Aplicaciones basadas en el uso del microcontrolador PIC18F452 (22 h). 4. Método docente En las clases de teoría se utilizará un estilo mixto entre lección magistral y un estilo participativo basado en preguntas, cuestiones y ejercicios prácticos. Para la exposición de los conceptos teóricos se utilizarán fundamentalmente diapositivas. En cada práctica se plantea uno o varios problemas de programación pensados para que los alumnos apliquen los conceptos expuestos en las clases de teoría. Durante las prácticas, el profesor expondrá todos aquellos conceptos que estime necesarios para la correcta realización de las mismas. Las normas relativas a la realización de las prácticas son las siguientes: _ La asistencia al laboratorio no es obligatoria, aunque sí conveniente. _ Los alumnos no tendrán acceso al laboratorio fuera de las horas de prácticas indicadas en el horario oficial. _ No se podrán recuperar prácticas salvo en los casos suficientemente justificados. _ No se admitirán cambios en los grupos de prácticas, salvo en los casos suficientemente justificados. _ Las prácticas hay que realizarlas en el laboratorio en su totalidad. Es decir, no se puede llevar al laboratorio ni la totalidad, ni una parte de una práctica que se haya hecho previamente en casa. 5. Bibliografía 5.1 Bibliografía básica [1] Arquitectura de Computadores: un enfoque cuantitativo. J. L. Hennessy, D. A. Patterson. Edit.: Mc Graw-Hill [2] Arquitectura de Computadores. Julio Ortega y otros. Edit. Paraninfo. 6

7 [3] Organización y diseño de computadores. La interfaz hardware/software. J. L. Hennessy, D. A. Patterson. Edit.: Mc Graw-Hill [4] Estructura y diseño de computadores: interficie circuitería/programación. J. L. Hennessy, D. A. Patterson. Edit.: Reverté. [5] Parallel computer architecture: a hardware/software approach. D. E. Culler, J. Pal Singh. Edit.: Morgan Kaufmann. [6] Advanced Computer Architecture: Parallelism, Scalability, Programability. K. Hwang. Edit.: Mc.Graw-Hill 5.2 Bibliografía complementaria [1] Advanced computer architectures: a design space approach. D. Sima et al. Edit.: Addison- Wesley. [2] Principles and practices of interconection networks. W. Dally, B. Towles. Edit.: Morgan Kaufmann. [3] Parallel programming: techniques and applications using networked workstations and parallel computers. B. Wilkinson. Edit.: Prentice Hall. [4] Advanced Computer Architecture and Parallel Processing. H. El-Rewini, M. Abd-El-Barr. Edit.: John Wiley & Sons. [5] The Microarchitecture of Pipelined Superscalar Computers.Amos R. Omondi. Edit.: Kluwer Academic Publishers. [6] High Performance Cluster computing. Rajkumar Buyya. Edit.: Prentice Hall. [7] Memory Systems and Pipelined Processors. H. G. Cragon. Edit.: Jones and Barlett Publishers International. [8] The essentials of computer organization and architecture. L. Null, J. Lobur. Edit.: Jones and Bartlett Publishers. [9] Arquitectura de computadores: fundamentos de los procesadores superescalares. J. P. Shen, M. H. Lipasti. Edit.: Mc Graw-Hill. 6. Sistema de avaliación Evaluación para asistentes: Para aprobar la asignatura es necesario superar el examen que se realizará al finalizar el curso, en el lugar, día y hora indicados en el calendario oficial de exámenes. Los cuales se pueden consultar en el siguiente enlace: El examen constará tanto de cuestiones como de problemas relativos al temario oficial de la asignatura, incluidos los temas dedicados a las prácticas de laboratorio. Este examen se puntuará sobre 8.5 puntos y se aprobará con una nota mínima de 5 puntos. 7

8 No se puntuarán las respuestas que presenten faltas de ortografía y caracteres o símbolos ilegibles. Tampoco se puntuarán las respuestas escritas a lápiz o con bolígrafo de color rojo o verde. La realización de todas las prácticas correctamente se valorará con 1.5 puntos a sumar a la nota obtenida en el examen de teoría, siempre y cuando se haya obtenido una nota mínima de 5 puntos en dicho examen. En los casos en los que no se hayan realizado todas las prácticas correctamente, la puntuación asignada por las prácticas será proporcional al número de prácticas realizadas, siempre y cuando se hayan realizado correctamente al menos el 85% de las prácticas. En los casos en los que no se alcance éste porcentaje, queda a juicio de los profesores de la asignatura el asignar una nota por las prácticas realizadas. No se podrán recuperar prácticas, salvo en los casos suficientemente justificados y no se admitirán como válidas las prácticas que se hayan hecho (programado) fuera del laboratorio. Queda terminantemente prohibido conectar un pendrive o cualquier otro dispositivo de almacenamiento a un PC del laboratorio. En el caso de que en el examen de teoría no se obtenga una nota igual o superior a 5 puntos, en las actas sólo figurará la nota obtenida en dicho examen. Es decir, no se tendrá en cuenta la nota obtenida por la realización de las prácticas. Evaluación para no asistentes: El sistema de evaluación para los no asistentes constará de dos exámenes. En el primero se plantearán diversas cuestiones y problemas relativos al temario oficial de la asignatura, incluidos los temas dedicados a las prácticas de laboratorio. Este examen se puntuará sobre 8.5 puntos y se aprobará con una nota mínima de 5 puntos. Se realizará el mismo día, lugar y hora que el examen para los alumnos asistentes (salvo que la Dirección de la Escuela de Informática determine otra fecha). El segundo examen tendrá lugar en el laboratorio y consistirá en la realización de diversos ejercicios similares a los realizados durante las prácticas de laboratorio por los alumnos asistentes. Se puntuará sobre 1.5 puntos. Para la realización de dicho examen se buscará un día que resulte adecuado tanto a los profesores de la asignatura como a los alumnos, teniendo siempre en cuenta los plazos oficiales de entrega de las actas. La nota final se obtendrá como resultado de sumar las notas obtenidas en ambos exámenes, teniendo presente que para aprobar la asignatura es necesario obtener una nota mínima de 5 puntos en el primer examen. En el caso de que en el examen de teoría (primer examen) no se obtenga una nota igual o superior a 5 puntos, en las actas sólo figurará la nota obtenida en dicho examen. Es decir, no se tendrá en cuenta la nota obtenida en el segundo examen (el realizado en el laboratorio). Nota: es responsabilidad de los alumnos no presenciales el aprender a manejar el software que se usa en las prácticas de laboratorio (Simulador WINDLX, Compilador de C, de Mikroelektronika, para microcontroladores PIC y simulador ISIS de Proteus). Ya que tendrán que usarlo durante el examen a realizar en el laboratorio. 8

9 7. Recomendacións 7.1 Materias que se recomenda haber cursado previamente Sistemas Digitales Estructura y Tecnología de Computadores Ampliación de Estructura y Tecnología de Computadores. Outras recomendacións Orientacións para o estudo Se recomienda estudiar la materia a medida que avanza el curso y no dejarlo para el último momento. 9