Arquitectura de Computadors II

Crèdits
6
Tipus
Obligatòria d'especialitat (Enginyeria de Computadors)
Requisits
Departament
AC
AC-2 descriu la implementació interna del processador a nivell d'arquitectura. Presenta la implementació basada en segmentació i després hi introdueix millores de rendiment com els curtcircuits i els mecanismes de reordenament de les instruccions.

Professorat

Responsable

Altres

Hores setmanals

Teoria
2
Problemes
1
Laboratori
1
Aprenentatge dirigit
0
Aprenentatge autònom
6

Competències

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

  • CT6 - Demostrar coneixement i comprensió del funcionament intern d'un computador i del funcionament de les comunicacions entre ordinadors.
    • CT6.2 - Demostrar coneixement, comprensió i capacitat d'avaluar l'estructura i l'arquitectura dels computadors, i els components bàsics que els componen.
  • CT7 - Avaluar i seleccionar plataformes de producció hardware i software per a l'execució d'aplicacions i de serveis informàtics.
    • CT7.1 - Demostrar coneixement de les mètriques de qualitat i saber-les utilitzar.

    • Competències Transversals

    Raonament

  • G9 [Avaluable] - Capacitat de raonament crític, lògic i matemàtic. Capacitat de resoldre problemes en la seva àrea d'estudi. Capacitat d'abstracció: capacitat de crear i utilitzar models que reflecteixin situacions reals. Capacitat de dissenyar i realitzar experiments senzills, i analitzar-ne i interpretar-ne els resultats. Capacitat d'anàlisi, de síntesi i d'avaluació.
    • G9.3 - Capacitat crítica, capacitat d'avaluació.

    • Competències Tècniques de cada especialitat

    Especialitat enginyeria de computadors

  • CEC1 - Dissenyar i construir sistemes digitals, incloent computadors, sistemes basats en microprocessadors i sistemes de comunicacions.
    • CEC1.1 - Dissenyar un sistema basat en microprocessador/microcontrolador.
    • CEC1.2 - Dissenyar/configurar un circuit integrat utilitzant les eines de software adients.
  • CEC2 - Analitzar i avaluar arquitectures de computadors incloent plataformes paral·leles i distribuïdes, i desenvolupar i optimitzar software per a aquestes plataformes.
    • CEC2.1 - Analitzar, avaluar, seleccionar i configurar plataformes hardware per al desenvolupament i l'execució d'aplicacions i serveis informàtics.
  • CEC3 - Desenvolupar i analitzar hardware i software per a sistemes encastats i/o de molt baix consum.
    • CEC3.2 - Desenvolupar processadors específics i sistemes encastats; desenvolupar i optimitzar el software d'aquests sistemes. 

    • Objectius

    1. Comprensió de les tècniques de concurrència transparents al programador de llenguatge màquina que utilitzen els processadors per reduir el temps d'execució.
      Competències relacionades: CT6.2,
    2. Entendre alguna de les restriccions tecnològiques en la implementació d'un processador.
      Competències relacionades: CT6.2,
    3. Coneixement d'algun llenguatge de descripció del hardware (VHDL) i aplicació en el disseny de sistemes digitals.
      Competències relacionades: CEC3.2, CEC1.1, CEC1.2, CT6.2,
    4. Capacitació per avaluar quantitativament el rendiment d'un processador.
      Competències relacionades: G9.3, CEC2.1, CT7.1,
    5. Comprensió a nivell bàsic de la microarquitectura d'un processador.
      Competències relacionades: CEC3.2, CT6.2,

    Continguts

    1. Arquitectura Von-Neumann i prestacions.
      Màquina Von-Neumann.
      Mètriques de rendiment.
      Tecnologia de Fabricació.
    2. Tècniques per a incrementar el nombre d'operacions per unitat de temps.
      Segmentació i replicació. Interpretació d'instruccions. Riscs estructurals.
    3. Processador segmentat lineal.
      Camí de dades. Dependències entre instruccions. Riscs de dades. Riscs de seqüenciament.
    4. Tècniques per reduir i tolerar la latència efectiva de la segmentació.
      Planificació estàtica d'instruccions. Curtcircuits. Predicció fixe del sentit.
    5. Processador segmentat multicicle.
      Operacions multicicle. Camí de dades amb ramificacions. Transformacions de codi per augmentar el paral·lelisme a nivell d'instruccions.

    Activitats

    Activitat Acte avaluatiu


    Eines de disseny i simulació

    Aprenentatge de les eines d'especificació i simulació de circuits lògics. Repàs del funcionament i característiques bàsiques dels components del camí de dades unicicle d'un processador.
    Objectius: 3
    Continguts:
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    6h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    9h

    Màquina Von-Neumann i prestacions

    Estudiar els conceptes teòrics del tema i resoldre els exercicis i problemes proposats
    Objectius: 4 2
    Continguts:
    Teoria
    4h
    Problemes
    2h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    10h

    Tècniques per incrementar el nombre d'operacions per unitat de temps

    Estudiar els conceptes teòrics del tema i resoldre els exercicis i problemes proposats
    Objectius: 5 4 1
    Continguts:
    Teoria
    5h
    Problemes
    3h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    10h

    Processador segmentat lineal

    Estudiar els conceptes teòrics del tema i resoldre els exercicis i problemes proposats
    • Laboratori: Anàlisi del camí de dades d'un processador segmentat lineal. Disseny de la lògica de control.
    Objectius: 5 4 1
    Continguts:
    Teoria
    7h
    Problemes
    3h
    Laboratori
    4h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    14h

    Prova Parcial


    Objectius: 5 4 1 2
    Setmana: 8
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Tècniques per reduir i tolerar la latència efectiva de la segmentació

    Estudiar els conceptes teòrics del tema i resoldre els exercicis i problemes proposats
    • Laboratori: Camí de dades amb curtcircuits. Anàlisi quantitativa de les millores.
    Objectius: 5 4 1
    Teoria
    4h
    Problemes
    4h
    Laboratori
    5h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    14h

    Processador segmentat multicicle

    Estudiar els conceptes teòrics del tema i resoldre els exercicis i problemes proposats
    Objectius: 5 4 1
    Continguts:
    Teoria
    5h
    Problemes
    3h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    11h

    Consolidació

    Consolidació dels conceptes desenvolupats durant el curs
    Objectius: 5 4 1 2 3
    Continguts:
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    6h

    Examen Final


    Objectius: 5 4 1 2 3
    Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Metodologia docent

    A les classes de teoria s'exposen els conceptes propis de l'assignatura amb la participació dels estudiants.
    A les classes de problemes els estudiants apliquen els conceptes teòrics en la resolució d'exercicis.
    A cada classe de teoria es proposaran exercicis que es desenvoluparan en la següent classe de problemes.
    A les classes de laboratori els estudiants treballen en grups reduits i apliquen els conceptes sobre un processador segmentat senzill.

    Mètode d'avaluació

    Hi han 3 elements:

    Final (F): examen final escrit que engloba tots els objectius de l'assignatura.
    Parcial (P): prova escrita sobre els tres primers temes.
    Laboratori (L): a partir dels informes realitzats en cadascuna de les sessions pràctiques i, en el seu cas, d'una entrevista personal.

    NF = 0.2 x L + max[0.8 x F, (0.65 x F + 0.15 x P)]

    El nivell d'assoliment de la competència genèrica s'avalua indirectament a partir de les notes de la prova parcial i de l'examen final. La nota corresponent és:

    A si 8.5 &#8804; NF; B si 7 &#8804; NF < 8.5; C si 5 &#8804; NF < 7; D si NF < 5

    Bibliografia

    Bàsic

    Complementari

    Capacitats prèvies

    Circuits lògics combinacionals i seqüencials.
    Funcionament d'un computador: components i interconnexions.
    Llenguatge màquina: programació i representació de dades.
    Jerarquia de memòria: funcionament i mecanismes que la suporten.
    Càlcul estadístic elemental.