Arquitectura y Diseño de computadoras

:
Universidad Nacional de Rosario
Facultad de Ciencias Exactas,
Ingenieria y Agrimensura
Ciclo lectivo:
2004
Identificación de la asignatura
Arquitectura y Diseño de computadoras
Profesor a cargo de la cátedra:
Santiago Roatta
Carrera en la que se dicta:
Ingeniería Electrónica
Plan de Estudios:
1996
Código identificatorio:
Ubicación: Nº de cuatrimestre (1-10):
10 (último cuatrimestre de la carrera)
Nº de Horas-Reloj Semanales:
5,5
Nº de semanas de clases:
16
Carácter (Obligatoria / Electiva):
Electiva
Bloque curricular al cual pertenece:
Contenidos Complementarios
Escuela a cargo de su dictado:
Escuela de Ingeniería Electrónica
Departamento a cargo de su dictado:
Departamento de Electrónica
Modalidades de enseñanza y Carga horaria
Carga horaria
semanal
2
Teórica
Resolución de problemas rutinarios
Carga horaria
total
32
0,5
8
Laboratorio
1
16
Trabajo de campo
0
Formación experimental
Resolución de problemas de Ingeniería
1
16
Proyectos y diseño
1
16
Práctica supervisada
En el sector productivo de bienes y/o servicios
0
En la institución
0
Sumatoria
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5,5
Planificación de Asignaturas
88
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Asignaturas relacionadas
Código
Nombre
Asignaturas anteriores relacionadas
(de las cuales se nutre)
Digital 1
Digital 2
Digital 3
Asignaturas simultáneas relacionadas
(con las cuales debería existir algún nivel
de integración o complementación)
Sistemas Operativos
Laboratorio de diseño digital
Sistemas Distribuidos
Asignaturas posteriores relacionadas
(a las cuales aporta)
Características generales de la asignatura
La asignatura cubre los principales aspectos vinculados al hardware de computadoras, desde los
aspectos funcionales y estructurales hasta los puramente tecnológicos. Se analizan con detalle los
aspectos más avanzados sobre la mejora de las prestaciones del procesador y los mecanismos de la
microarquitectura que hacen posible esta mejora.
Aporte de la asignatura a la formación del graduado
El aporte obvio e inmediato es el conocimiento de cómo funciona una computadora y qué prestaciones se
pueden esperar a partir del adecuado diseño de los elementos que la componen.
Además, las actividades desarrolladas por el alumno a lo largo del cursado están orientadas a que éste
tome conciencia de la importancia de la actualización permanente de sus conocimientos y desarrollar en
él una actitud de autogestión en el análisis y replanteo de problemas.
Objetivos de la Asignatura
La asignatura tiene como objetivos lograr que los alumnos deberán ser capaces de:
 Evaluar los distintos métodos de implementación de procesadores, memoria y comunicación en
una computadora.
 Diseñar y controlar sistemas de computación y asegurar su funcionamiento sin error.
 Medir las prestaciones.
 Analizar y desarrollar nuevas arquitecturas que incorporen de forma eficiente elementos de
proceso que funcionen concurrentemente.
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Planificación de Asignaturas
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Contenidos
1 Fundamentos del diseño de computadoras
1.1 Factores que determinan las prestaciones de una computadora: Clock rate, CPI, MIPS, MFLOPS.
Speedup y throughput rate. Ley de Amdahl. Arquitecturas escalables.
1.2 Prestaciones de sistema: hardware + sistema operativo + aplicación.
1.3 Benchmarks.
2 Arquitecturas monoprocesador.
2.1 CISC y RISC
2.2 Técnicas avanzadas en el diseño de procesadores: Procesadores superescalares, superpipeling y
VLIW. Planificación dinámica y ejecución especulativa de instrucciones. Mecanismos de flujo de
programa : control-driven, data-driven y demand-driven.
2.3 Ejemplos de procesadores de uso general: ALPHA, MIPS, SPARC, Intel y PowerPC.
2.4 Procesadores de uso específico: coprocesadores y dsp’s
2.5 Jerarquía de memoria.
2.6 Entrada / salida: Buses, DMA.
3 Procesamiento paralelo
3.1 Clasificación de las computadoras paralelas: procesadores vectoriales, SIMD y MIMD.
Multiprocesadores y multicomputadores.
3.2 Redes de interconexión.
3.3 Coherencia y sincronización en sistemas de memoria compartida.
3.4 Ejemplos de máquinas paralelas.
3.5 Introducción a la programación paralela: lenguajes y paradigmas de programación
Bibliografía
David Patterson and John L Hennessy, Estructura y Diseño de computadores Tomo 1, Editorial
Reverte, 2000, ISBN 8429126163
David Patterson and John L Hennessy, Estructura y Diseño de computadores Tomo 2, Editorial
Reverte, 2000, ISBN 8429126171
David Patterson and John L Hennessy, Estructura y Diseño de computadores Tomo 3, Editorial
Reverte, 2000, ISBN 842912618X
David Patterson and John L Hennessy, Computer Organization and Design, The hardware/Software
interface, Morgan Kaufman, 1997 ISBN 155860281
John L Hennessy and David Patterson, Computer Architecture: A quantitative Approach, Morgan
Kaufmann, 1996 ISBN: 558603298
Kai Hwang, Advanced Computer Architecture: Parallelism, Scalability, Programmability McGraw-Hill,
1993 ISBN: 0071133429
Pedro de Miguel Anasagasti, Fundamentos de los computadores, Editorial Paraninfo, 1996 ISBN:
8428317909
B. B. Brey, Los microprocesadores Intel, Prentice Hall, ISBN 0023142502
Dipto Chakravarty, Power P.C Concepts, Architecture and Design Mc Graw Hill .
William Stallings, Organización y arquitectura de computadoras Prentice may
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Computer Architecture Home Page, http://www.cs.wisc.edu/~arch/www
Hojas de Datos y manuales de Dispositivos.
Firma Profesor
Aprobado Escuela
Fecha
Fecha
Aquí finaliza lo que constituiría el Programa Analítico de la Asignatura, que aprueba el
CD y debe actualizarse cada vez que sufra cambios. Es lo que se usaría para los
trámites de equivalencias para alumnos que cambian de carrera o de facultad. Esta
parte debe ser oportunamente aprobada por el CD.
El resto forma parte del formulario de Planificación que no se aprueba por CD y que el
profesor actualiza y comunica a sus alumnos cada año. El documento completo se
publicaría en la página web de la FCEIA al comienzo del cuatrimestre.
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Equipo de Cátedra
Santiago Roatta
Estrategias didácticas
Una decisión básica sobre la metodología docente es si se pretenden alcanzar objetivos formativos o
informativos. Por un lado, el gran dinamismo de los contenidos de la materia lleva a que los ejemplos
utilizados sean en ocasiones demasiado coyunturales, y tengan una vigencia muy corta.
La consecuencia es que hay que equilibrar el enfoque mayormente formativo que tiene la asigatura, y que
trata sobre conceptos básicos y perennes, con algunas aproximaciones más descriptivas que trata sobre
ejemplos actuales y caducos, y sobre todo con una aplicación práctica, que tenga una utilidad más o
menos inmediata en el entorno profesional del alumno.
Las modalidades de intervención docente utilizadas por la cátedra incluyen:
Clases teóricas a cargo del profesor, en donde los alumnos concurren habiendo leído previamente la
bibliografía.
Estudio de casos: casos reales de diseños de procesadores y sistemas de computos, descriptos tanto por
sus autores como por la competencia.
Sesiones de discusión para facilitar intercambios de punto de vista donde se consideran temáticas cuyo
contenido despierta controversias: los resultados obtenidos en trabajos prácticos, trabajos de simulación o
problemas de ingeniería.
Evaluación y Condiciones de Promoción y de Aprobación
Para promover la asignatura, los alumnos deben:
Aprobar dos problemas de ingeniería y un examen parcial (calificación siete -en escala de cero a diez-).
Diseñar un experimento de laboratorio o de simulación, realizarlo y obtener conclusiones significativas del
mismo.
La calificación final se definirá con un coloquio integrador.
La condición intermedia se obtiene cuando el alumno alcanza una calificación entre cuatro y siete en
alguna(s) de las actividades precedentes.
Análisis de coherencia
Coherencia Externa:
Arquitectura de computadoras se nutre y complementa los conocimientos adquiridos en las asignaturas
del área digital (Digital I, Digital II y Digital III) haciendo énfasis en aquellas técnicas (procesadores
superescalares y superpiline, procesamiento paralelo, técnicas avanzada de jerarquías de memorias, etc.)
que permiten aumentar las prestaciones. Además, como la perfomance de un sistema de cómputo se
refiere al conjunto hardware + sistema operativo (si éste existe) + aplicación; surge una obvia conexión
con las asignaturas Informática II y Sistemas Operativos.
Coherencia interna:
Las primeras actividades curriculares tienen como objetivo comprender que es y como se miden las
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prestaciones en un sistema de cómputo.
A continuación de se discuten y analizan distintas microarquitecturas en sistemas con un solo procesador,
evaluando su impacto en los distintos conceptos de prestaciones definidos anteriormente.
Finalmente se efectúa idéntico análisis incorporando el concepto de paralelismo.
Cronograma de actividades
El Modulo 1 (Fundamento del diseño de computadoras) incluye clases teóricas y sesiones de discusión
donde se tratan las distintas soluciones a los problemas de ingeniería y/o trabajos prácticos sugeridos por
la cátedra y por los alumnos.
La estrategia de aprendizaje del Módulo 2 (Arquitecturas Monoprocesador) consiste en que los alumnos
apliquen los conocimientos teóricos discutidos en clase sobre algún microprocesador en particular. Cada
alumno “aprende” a través de un procesador comercial que elige él mismo al comenzar las actividades del
cuatrimestre. Esta es una excelente actividad para fomentar la autogestión y el autoaprendizaje, ya que
los alumnos se ven obligados a buscar su propia bibliografía, crear sus propios contenidos, actividades y,
en cierta medida, su propia asignatura: “y nadie puede copiarse con nadie....!!”.
El Módulo 3 (Procesamiento paralelo) se aborda con trabajos de simulación que no pretenden aplicar
recetas, sino que es el alumno el que debe diseñar y proponer a la cátedra su propio experimento de
simulación.
Plan de Integración o articulación con otras asignaturas
La integración con las asignaturas del area digital (las obligatorias Digital I, Digital II, y Digital III y las
electivas que correspondiese) se realiza mediante reuniones periódicas que convoca el coordinador de
área. Además, el hecho de que algunos docentes trabajen en varias asignaturas simultáneamente,
produce una natural y espontánea articulación. Reuniones convocadas por los directores del
Departamento de Electrónica y de la Ecuela de Electrónica permiten articular contenidos con asignaturas
de otras áreas de conocimiento.
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