Estructura de Computadors

Esteu aquí

Inici » Estudis » Graus » Grau en Enginyeria Informàtica » Pla d'estudis » Assignatures » Estructura de Computadors
Crèdits
7.5
Tipus
Obligatòria
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits, però té capacitats prèvies
Departament
AC
Web
http://docencia.ac.upc.edu/FIB/grau/EC
L'assignatura tracta de l'organització bàsica en què s'estructura un computador per donar suport als llenguatges de programació d'alt nivell, tant pels dels tipus de dades que utilitzen els programes com per les sentències de control més habituals.

Professorat

Responsable

  • Jordi Tubella Murgadas ( )

Altres

  • Adrià Armejach Sanosa ( )
  • Agustín Fernández Jiménez ( )
  • Angel Toribio Gonzalez ( )
  • Antonio Jose Peña Monferrer ( )
  • David Álvarez Robert ( )
  • Joan Manuel Parcerisa Bundo ( )
  • Jose M. Cela Espin ( )
  • Josep-Llorenç Cruz Diaz ( )
  • Octavio Castillo Reyes ( )
  • Roger Baig Viñas ( )
  • Rubén Tous Liesa ( )
  • Toni Cortés Rosselló ( )

Hores setmanals

Teoria
2.7
Problemes
1.3
Laboratori
1
Aprenentatge dirigit
0
Aprenentatge autònom
7.5

Competències

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

  • CT1 - Demostrar coneixement i comprensió de fets essencials, conceptes, principis i teories relatives a la informàtica i a les seves disciplines de referència.
    • CT1.1A - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB4. Coneixement dels fonaments de l'ús i de la programació dels computadors, dels sistemes operatius, de les bases de dades i, en general, dels programes informàtics amb aplicació a l'enginyeria.
    • CT1.1B - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB5. Coneixement de l'estructura, funcionament i interconnexió dels sistemes informàtics, i dels fonaments de la seva programació.
  • CT3 - Demostrar coneixement i comprensió del context organitzatiu, econòmic i legal en el qual es desenvolupa la seva feina (coneixement adequat del concepte d'empresa, del marc institucional i jurídic de l'empresa, d'organització i gestió de les empreses).
    • CT3.6 - Demostrar coneixement de la dimensió ètica a l'empresa: la responsabilitat social i corporativa en general i, en particular, les responsabilitats civils i professionals de l'enginyer en informàtica.
  • CT5 - Analitzar, dissenyar, construir i mantenir aplicacions de forma robusta, segura i eficient, triant el paradigma i els llenguatges de programació més adequats.
    • CT5.2 - Conèixer, dissenyar i utilitzar de forma eficient els tipus i les estructures de dades més adients per a la resolució d'un problema.
  • 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

Sostenibilitat i compromís social

  • G2 [Avaluable] - Conèixer i comprendre la complexitat dels fenòmens econòmics i socials típics de la societat del benestar. Ser capaç d'analitzar i valorar l'impacte social i mediambiental.
    • G2.1 - Analitzar sistèmicament i crítica la situació global. Ser capaç de reconèixer les implicacions socials i ambientals de l'activitat professional de l'àmbit de l'enginyeria. Entendre el paper de l'enginyeria com a professió, el seu paper en la societat i la responsabilitat ètica i professional de l'activitat de l'enginyer tècnic en informàtica. Valorar el compromís amb els principis d'igualtat d'oportunitats, la cultura de la pau i els valors democràtics.

Objectius

  1. Conèixer els nivells jeràrquics en què s'estudia un computador.
    Competències relacionades: CT1.1B, CT1.1A,
  2. Conèixer l'ISA d'un processador RISC representatiu i les implicacions del seu disseny en termes qualitatius i quantitatius de rendiment.
    Competències relacionades: CT7.1, CT6.2, CT1.1B,
  3. Saber representar i operar amb números enters en diferents formats: Ca2, signe-magnitud i biaix.
    Competències relacionades: CT1.1B, CT1.1A,
  4. Saber representar i operar amb números reals en format de coma flotant IEEE754.
    Competències relacionades: CT1.1B, CT1.1A,
  5. Saber com s'emmagatzemen i s'accedeixen dades estructurades de tipus vector, matriu i tupla.
    Competències relacionades: CT5.2, CT1.1B,
  6. Saber traduir programes en alt nivell a llenguatge assemblador (o vicecersa) fent servir un ABI estàndar. Els elements d'alt nivell que s'han de saber traduir són expressions, condicionals, bucles i subrutines.
    Competències relacionades: CT6.2, CT5.2, CT1.1B, CT1.1A,
  7. Dissenyar unitats aritmètiques per operar (multiplicació i divisió) amb números naturals.
    Competències relacionades: CT1.1B,
  8. Conèixer els conceptes d'excepció i d'interrupció i a la vegada tenir una noció bàsica de la seva gestió.
    Competències relacionades: CT1.1B,
  9. Conèixer l'estructura interna i el funcionament d'una memòria cache, amb especial èmfasi en aquells aspectes que afecten el rendiment d'un sistema.
    Competències relacionades: CT7.1, CT6.2, CT1.1B,
  10. Entendre la utilitat de la memòria virtual, el seu funcionament bàsic i el suport hardware que requereix.
    Competències relacionades: CT7.1, CT6.2, CT1.1B,
  11. Comprendre els processos de compilació, muntatge i càrrega en el desenvolupament del programari.
    Competències relacionades: CT1.1A,
  12. Complir els terminis de realització de les tasques.
    Competències relacionades: CT3.6,
  13. Conèixer els factors que afecten el rendiment i el consum dels microprocessadors i les seves repercusions en els aspectes mediambientals de la sostenibilitat.
    Competències relacionades: CT7.1, CT6.2, G2.1, CT1.1B,

Continguts

  1. Tema 1. Introducció
    Descripció jeràrquica del computador a diferents nivells d'abstracció. Mesures de rendiment. Mesures de consum. Llei d'Amdahl.
  2. Tema 2. Assemblador i tipus de dades bàsics.
    Introducció a MIPS.
    Operands.
    Representació de naturals, enters i caràcters.
    Punters, vectors i strings.
    Formats d'instrucció.
  3. Tema 3. Traducció de programes.
    Operacions lògiques i desplaçaments.
    Sentències if i while.
    Subrutines.
    Compilació, muntatge i càrrega.
  4. Tema 4. Matrius.
    Emmagatzematge de matrius.
    Accés seqüencial a vectors i matrius.
  5. Tema 5. Aritmètica d'enters i coma flotant.
    Enters: suma, resta, multiplicació i divisió.
    Coma flotant: representació, suma, multiplicació i arrodoniment.
  6. Tema 6. Memòria cache.
    Conceptes i terminologia.
    Mapeig directe. Esquema de blocs i mesures de rendiment.
    Associativitat.
    Reemplaçament.
    Caches multinivell.
  7. Tema 7. Memòria virtual.
    Motivació i terminologia.
    Traducció d'adreces.
    Gestió de fallades.
    TLB.
  8. Tema 8. Excepcions/Interrupcions.
    Conceptes bàsics i suport hardware en el MIPS.
    Funcionament detallat d'una excepció i exemple de rutina de tractament genèrica.
    Casos específics: Fallada de TLB. Crides al sistema. Interrupcions.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu


Assimilació del tema Introducció

Activitats corresponents al Tema 1
Objectius: 1 13
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0.5h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
6h

Assimilació del tema d'Assemblador i tipus de dades bàsics

Activitats corresponents al Tema 2
Objectius: 2 3 5 6
Continguts:
Teoria
5h
Problemes
2h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
9h

Assimilació del tema de Traducció de programes

Activitats corresponents al Tema 3
Objectius: 2 6 11
Continguts:
Teoria
7h
Problemes
3h
Laboratori
3h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
13h

Assimilació del tema de Matrius i tuples

Activitats corresponents al Tema 4
Objectius: 2 5 6
Continguts:
Teoria
3h
Problemes
1h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
7h

Assimilació del tema Aritmètica d'enters i coma flotant

Activitats corresponents al Tema 5
Objectius: 4 7
Continguts:
Teoria
6h
Problemes
3h
Laboratori
3h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
14h

Examen Parcial (EP)

Aquest acte d'avaluació cobrirà els objectius relacionats amb les activitats encaminades a l'assimilació del tema 1 fins al tema 5.
Objectius: 1 2 3 4 5 6 7 11 13
Setmana: 9 (Fora d'horari lectiu)
Teoria
1.5h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Assimilació del tema de Memòria cache

Activitats corresponents al Tema 6
Objectius: 9
Continguts:
Teoria
7h
Problemes
3h
Laboratori
3h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
14h

Assimilació del tema de Memòria virtual

Activitats corresponents al Tema 7
Objectius: 10
Continguts:
Teoria
4h
Problemes
2h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Assimilació del tema d'Excepcions i Interrupcions

Activitats corresponents al Tema 8
Objectius: 8
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
2h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Realitzar un anàlisi de les repercusions medioambientals en la fabricació, ús i/o reciclatge dels computadors

Treball relacionat amb la competència transversal referent a la sostenibilitat
Objectius: 12 13
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
7h

Consolidació dels objectius de l'assignatura

Activitats enfocades al repàs global de l'assignatura
Objectius: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
3h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
26.5h

Examen de Laboratori (EL)

Aquest acte d'avaluació cobrirà els objectius relacionats amb les activitats encaminades a l'assimilació del tema 1 fins al tema 6.
Objectius: 2 3 4 5 6 7 9 11 12
Setmana: 13 (Fora d'horari lectiu)
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Examen Final (EF)

Aquest acte d'avaluació cobrirà els objectius relacionats amb les activitats encaminades a l'assimilació del tema 1 fins al tema 8.
Objectius: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
Teoria
3h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Metodologia docent

Les classes de teoria combinaran tant la part magistral, on el professor exposarà, explicarà i exemplificarà els conceptes que són objectiu de l'assignatura, com la vessant de discussió amb els alummnes sobre les alternatives i avantatges/inconvenients d'aquells aspectes que siguin convenients de presentar.

Les classes de problemes seran realitzades de 3 maneres diferents: resolució directa del professor amb els comentaris que rebi per part dels alumnes; resolució de problemes de forma individual per part dels alumnes; i resolució de problemes de forma cooperativa per part dels alumnes. Quan la resolució dels problemes sigui feta per l'alumnat, el professor retornarà la informació necessària per corregir aquelles parts incorrectes.

Les classes de laboratori seran similars a les de problemes, però la resolució d'exercicis serà feta únicament en parelles d'alumnes i utilitzant eines que permeten la verificació semiautomàtica de la solució presentada. Els exercicis del laboratori s'avaluaran de forma continuada a fi d'estimular el treball regular dels alumnes en aquestes sessions.

Mètode d'avaluació

La nota s'obtindrà a partir de dos components: la nota de teoria/problemes (NT) i la nota de laboratori (NL). NT té un pes del 80% de la nota total i NL té un pes del 20%.

NT s'obté a partir d'un Examen Parcial (EP), que té un pes del 20% sobre el total de l'assignatura, i d'un Examen Final (EF), que té un pes del 60% sobre el total de l'assignatura. La nota obtinguda a EP es pot recuperar amb EF, ja que el pes corresponent (20%) s'aplica sobre el màxim de les dues notes.

NL s'obté a partir d'un Examen de Laboratori (EL), que té un pes del 85% d'aquesta nota, i d'una Avaluació Continuada (AC), que té un pes corresponent al restant 15%. La nota AC s'obté a partir del treball realitzat a totes les sessions de laboratori, així com per la preparació que requereixen.

La fòrmula que descriu la nota de l'assignatura és:

NOTA = max(EP*0'20 + EF*0'60, EF*0'80) + (EL*0'85 + AC*0'15)*0'20


REAVALUACIÓ.

Hi haurà reavaluació d'aquesta assignatura. Consisteix en un curs intensiu de 12 hores presencials amb la corresponent avaluació, que es fan un cop finalitzats els exàmens finals i abans de l'inici del quadrimestre següent. Es calcula que la reavaluació requereix unes 50 hores de dedicació per part de l'estudiant entre classes presencials, hores d'estudi personal i avaluació. Només hi poden optar els estudiants que compleixen determinats requisits. Les places són limitades i s'assignaran per ordre decreixent de nota. Cada estudiant podrà fer com a molt la reavaluació d'una de les assignatures de fase inicial que s'ofereixen.

Requisits mínims per optar a la reavaluació.
Per a optar a la reavaluació és requisit indispensable estar matriculat de l'assignatura i haver obtingut una nota final entre 3.5 i 4.9.

Requisits per a ser avaluat del curs intensiu.
Per tal de ser avaluat del curs intensiu és obligatori:
- Assistir a totes les classes presencials.
- Fer els exercicis o activitats que demani el professorat del curs.

Preinscripció i admissió.
El procés d'inscripció es publicarà al racó. L'admissió i no assistència al curs pot comportar no ser admès en pròximes edicions.

Avaluació.
El resultat de l'avaluació del curs intensiu serà Apte o No apte. La nota definitiva de l'assignatura serà:
Nota definitiva = 5, si la nota de l' intensiu és Apte;
Nota definitiva = Nota assignatura, si la nota de l' intensiu és No apte;

on Nota assignatura és la nota sobre 10 obtinguda el quadrimestre.

Bibliografia

Bàsica:

Web links

Capacitats prèvies

Conèixer quin és el funcionament d'un computador senzill, els blocs que el formen i la realització interna de tots aquests blocs.

Conèixer els elements bàsics dels llenguatges d'alt nivell, que possibiliten la programació d'aplicacions senzilles.

Capacitat d'organització personal de cara al treball que requereix l'estudi de l'assignatura i de la resta d'assignatures amb les quals s'hagi de compartir aquest estudi.

Tenir una base matemàtica inicial que permeti una anàlisi, una certa abstracció i una síntesi de situacions lligades als objectius de l'assignatura.