Fonaments dels Computadors

Crèdits
6
Tipus
Obligatòria
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits , però té capacitats prèvies
Departament
AC
Web
https://docencia.ac.upc.edu/FIB/GIA/FC/
Mail
jverdu@ac.upc.edu
Aquesta assignatura proporciona a l'estudiant coneixements bàsics i transversals sobre la informàtica i que són utilitzats de manera directa o indirecta en les altres assignatures de la carrera. Estableix els fonaments sobre la representació de dades i com s'utilitzen els diferents components d'un sistema informàtic. Per últim, entendre com, a partir de codi d'alt nivell, es pot generar i executar un programa. Una característica en comú que es tracta en les diferents parts d'aquest curs és el impacte en el cost, i en concret consum de l'energia, de l'execució d'instruccions i de la gestió i utilització dels components del sistema informàtic.

Professorat

Responsable

Altres

Hores setmanals

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

Competències

Competències Transversals

Transversals

  • CT2 [Avaluable] - Sostenibilitat i Compromís Social. Conèixer i comprendre la complexitat dels fenòmens econòmics i socials típics de la societat del benestar; tenir capacitat per relacionar el benestar amb la globalització i la sostenibilitat; obtenir habilitats per utilitzar de forma equilibrada i compatible la tècnica, la tecnologia, l'economia i la sostenibilitat.
  • CT3 [Avaluable] - Comunicació eficaç oral i escrita. Comunicar-se de forma oral i escrita amb altres persones sobre els resultats de l'aprenentatge, de l'elaboració del pensament i de la presa de decisions; participar en debats sobre temes de la pròpia especialitat.
  • CT6 [Avaluable] - Aprenentatge autònom. Detectar deficiències en el propi coneixement i superar-les mitjançant la reflexió crítica i l'elecció de la millor actuació per ampliar aquest coneixement.

    • Bàsiques

  • CB1 - Que els estudiants hagin demostrat posseir i comprendre coneixements en una àrea d'estudi que parteix de la base de l'educació secundària general, i se sol trobar a un nivell que, si bé es recolza en llibres de text avançats, inclou també alguns aspectes que impliquen coneixements procedents de l'avantguarda del seu camp d'estudi.
  • CB4 - Que els estudiants puguin transmetre informació, idees, problemes i solucions a un públic tant especialitzat com no especialitzat.
  • CB5 - Que els estudiants hagin desenvolupat aquelles habilitats d'aprenentatge necessàries per emprendre estudis posteriors amb un alt grau d'autonomia

    • Competències Tècniques

    Específiques

  • CE03 - Identificar i aplicar els procediments algorítmics bàsics de les tecnologies informàtiques per dissenyar solucions a problemes, analitzant la idoneïtat i complexitat dels algoritmes proposats.
  • CE05 - Analitzar i avaluar l'estructura i arquitectura dels computadors, així com els components bàsics que conformen.
  • CE06 - Identificar les característiques, funcionalitats i estructura dels Sistemes Operatius i dissenyar i implementar aplicacions basades en els seus serveis.
  • CE07 - Interpretar les característiques, funcionalitats i estructura dels Sistemes Distribuïts, les Xarxes de Computadors i Internet i dissenyar i implementar aplicacions basades en elles.
  • CE11 - Identificar i aplicar els principis fonamentals i tècniques bàsiques de la programació paral·lela, concurrent, distribuïda i de temps real.
  • CE19 - Utilitzar els sistemes de computació actuals, inclosos sistemes d'alt rendiment, per al procés de grans volums de dades des del coneixement de la seva estructura, funcionament i particularitats.
  • CE28 - Planificar, concebre, desplegar i dirigir projectes, serveis i sistemes en l'àmbit de la intel·ligència artificial, liderant la seva puesta en marxa i la seva millora contínua i valorant el seu impacte econòmic i social.

    • Competències Tècniques Generals

    Genèriques

  • CG2 - Utilitzar els coneixements fonamentals i metodologies de treball sòlides adquirits durant els estudis per adaptar-se als nous escenaris tecnològics de el futur.
  • CG3 - Definir, avaluar i seleccionar plataformes maquinari i programari per al desenvolupament i l'execució de sistemes, serveis i aplicacions informàtiques en l'àmbit de la intel·ligència artificial.
  • CG4 - Raonar, analitzant la realitat i dissenyant algoritmes i formulacions que la modelin. Identificar problemes i construir solucions algorísmiques o matemàtiques vàlides, eventualment noves, integrant el coneixement multidisciplinari necessari, valorant diferents alternatives amb esperit crític, justificant les decisions preses, interpretant i sintetitzant els resultats en el context de l'domini d'aplicació i establint generalitzacions metodològiques a partir de aplicacions concretes.
  • CG5 - Treballar en equips i projectes multidisciplinaris relacionats amb la intel·ligència artificial i la robòtica, interactuant fluidament amb enginyers/es i professionals d'altres disciplines.
  • CG8 - Observar un exercici ètic de la professió en totes les seves facetes, aplicant criteris ètics en el disseny de sistemes, algoritmes, experiments, utilització de dades, d'acord amb els sistemes ètics recomanats pels organismes nacionals i internacionals, amb especial èmfasi en seguretat, robustesa , privacitat, transparència, traçabilitat, prevenció de biaixos (de raça, gènere, religió, territori, etc.) i respecte als drets humans.
  • CG9 - Afrontar nous reptes amb una visió àmplia de les possibilitats de la carrera professional en l'àmbit de la Intel·ligència Artificial. Desenvolupar l'activitat aplicant criteris de qualitat i millora contínua, i actuar amb rigor en el desenvolupament professional. Adaptar-se als canvis organitzatius o tecnològics. Treballar en situacions de carència d'informació i/o amb restriccions temporals i/o de recursos.

    • Objectius

    1. Coneixer les característiques i les limitacions, en especial respecte a l'error de precisió, dels diferents formats de representació de dades en un ordinador
      Competències relacionades: CB1, CE03,
      Subcompetences
      • Realització d'operacions bàsiques
      • Des de representació de dades bàsiques fins a formats avançats
    2. Conèixer l'arquitectura d'un processador basat en el model Von Neumann, així com també els seus components principals
      Competències relacionades: CG2, CG3, CT3, CB4, CE05, CE11,
      Subcompetences
      • Entendre el cost i consum d'energia en l'execució d'una instrucció
      • Jerarquia de memòria i les seves propietats, en especial la localitat
      • Paral·lelisme amb SIMD
    3. Conèixer l'espai lògic de memòria. Des de com s'utilitza fins com es gestionen certs continguts
      Competències relacionades: CB4, CE19,
      Subcompetences
      • Utilització i gestió de llibreries en la memòria
    4. Conèixer els aspectes bàsics d'un Sistema Operatiu i entendre el impacte que té envers al rendiment i consum d'energia d'un sistema
      Competències relacionades: CG4, CG9, CB5, CE06, CE11,
      Subcompetences
      • Sistema de fitxers i E/S
      • Gestió de memòria i processos
    5. Conèixer el procés per crear i depurar un programa, així com les seves necessitats
      Competències relacionades: CG9, CB5, CE03,
    6. Capacitats per discutir i contrastar la resolució de problemes i exercicis pràctics
      Competències relacionades: CE28, CG5, CG8, CT2, CT6, CB4, CE06, CE07,
    7. Entendre la relació de l'assignatura amb el camp de la IA
      Competències relacionades: CG9, CB1,

    Continguts

    1. Introducció de l'assignatura
      Es fa una breu presentació de l'assignatura, sobre quins temes tractarà i la seva relació amb el camp de la IA
    2. Representació de Dades
      Aquest tema abordarà tipus de representació de dades de diferents nivells de complexitat, les seves limitacions i implementació d'operacions bàsiques
    3. Arquitectura del Processador
      Introducció de l'arquitectura de processador, basada en el modelo de Von Neumann, i els seus components
    4. Jerarquia de Memòria
      Presentació de les propietats de la jerarquia de memòria, especialment los conceptos de localitat i reutilització, i el possible impacte que pot tenir en el rendiment i consum d'energia
    5. Introducció del paral·lelisme basat en SIMD
      Introducció del concepte i aspectes bàsics del paral·lelisme mitjançant SIMD
    6. Implicacions de l'execució d'una instrucció
      Descripció de implicacions a nivell de cost, possibles colls d'ampolla i consum d'energia, des del punt de vista de l'arquitectura, davant l'execució d'una instrucció
    7. Espai lògic de memòria
      Presentació dels punts fonamentals per entendre el propòsit, construcció, utilització i gestió de l'espai lògic de memòria
    8. Introducció de les llibreries
      Presentació del concepte i propòsit rere les llibreries i la seva gestió des del punt de vista de l'espai de memòria lògic
    9. Generació d'executables
      Introducció dels processos de compilació i de interpretació, inclòs també el procés de depuració. Comparació de les necessitats i limitacions dels executables generats
    10. Impacte dels Sistemes Operatius en rendiment i consum d'energia
      Què són els Sistemes Operatius i els seus aspectes clau que impacten en el rendiment i consum d'energia del sistema
    11. Components bàsics dels Sistemes Operatius
      Presentació dels subsistemes de E/S i Sistema de Fitxers del Sistema Operatiu a nivell d'utilització des del punt de vista de desenvolupador de programes. A més, també es presenten aspectes de gestió de memòria

    Activitats

    Activitat Acte avaluatiu


    Introducció de l'Assignatura

    En aquesta activitat s'explicaran els objectius, continguts, i funcionament de l'assignatura. A més, en el laboratori, s'introduiran aspectes necessaris que serviran de base per poder realitzar les sessions de pràctiques.
    Objectius: 7
    Continguts:
    Teoria
    0.5h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    6h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    3h

    Representació de Dades i Operacions Bàsiques

    Aquest tema aborda la representació de les dades, des de els conceptes més bàsics, passant per tipus de nombres, i acabant amb la representació avançada de dades. A més, també explicarem altres aspectes com la precisió de les dades i operacions bàsiques que es poden realitzar
    Objectius: 1
    Continguts:
    Teoria
    5.5h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    4h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    10h

    Arquitectura del Processador

    Introduirem la arquitectura de sistemes uniprocessador, partint de l'arquitectura de Von Neumann i els diferents components més importants. A més, també estudiarem quines implicacions té executar una instrucció, entre altres raons per entendre possibles coll d'ampolla i el cost que representa, en especial respecte l'energia que consumeix, i la seva relació amb l'arquitectura.
    Objectius: 2
    Continguts:
    Teoria
    8h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    8h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    16h

    Parcial de Teoria


    Objectius: 1 2
    Setmana: 8 (Fora d'horari lectiu)
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Execució de programes i el seu entorn

    Aquest tema té dues parts. La primera tracta sobre com es genera un programa (tant si es tracta d'un programa compilat com si es tracta d'un interpretat). La segona presenta el Sistema Operatiu i una serie de conceptes i característiques que ens permetran entendre la seva importància en l'execució de programes i el impacte en el rendiment i energia.
    Objectius: 4 5
    Continguts:
    Teoria
    6h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    4h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    14h

    Espai lògic de memòria

    Presentarem l'espai d'adreces lògiques de memòria i els seus detalls més importants, així com entendre què són les llibreries i els seus aspectes clau.
    Objectius: 3
    Continguts:
    Teoria
    6h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    6h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    12h

    Control de Laboratori


    Objectius: 6
    Setmana: 14
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Examen Final de Teoria


    Objectius: 1 2 3 4 5 6 7
    Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
    Teoria
    0h
    Problemes
    0h
    Laboratori
    0h
    Aprenentatge dirigit
    0h
    Aprenentatge autònom
    0h

    Metodologia docent

    L'assignatura es basa en classes presencials de teoria i laboratori. Les classes de teoria segueixen el programa definit en aquesta guia docent, habitualment són a base de material proporcionat en transparències.

    Dins les classes de teoria, es promociona el diàleg entre el professor i els estudiants proporcionant activitats a realitzar conjuntament basades en aspectes particulars del tema que s'està tractant.

    Les classes de laboratori segueixen els mateixos temes i poden ser de dos tipus: 1) pràctiques en ordinador guiades per un enunciat; 2) exercicis/problemes a resoldre en la pissarra o amb exposició davant dels demés.

    Mètode d'avaluació

    Hi han dues proves avaluatives de la part de teoria:
    - PT: examen parcial de teoria (20%)
    - FT: examen final de teoria (35%)
    - FL: examen final de laboratori (35%)
    - SL: la nota del seguiment de laboratori (10%) es basa en qüestionaris individuals aplicats en certes sessions de laboratori


    Avaluació Ordinaria: La Nota Final (NF) de l'assignatura s'obté a partir de
    NF = 35%FL + 10%SL + MAX(55%FT; (20%PT+35%FT))

    Reavaluació: es farà en el mes de Juny. Només aquells/es que hagin suspès l'assignatura (és a dir, hagin fet l'examen parcial i/o final de teoria) podran presentar-se a l'examen de Reavaluació (examen només de teoria). En cas d'aprovar l'examen, la nota màxima que es pot obtenir en l'examen de recuperació i, per tant la nota màxima final de l'assignatura serà un 7.

    Bibliografia

    Bàsic

    Web links

    Capacitats prèvies

    Cap d'especial. Les pròpies d'un estudiant que comença un primer curs d'un Grau relacionat amb la informàtica.