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CÁTEDRA
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS
RESPONSABLE DE LA CÁTEDRA
Ing. Gerardo Román Leskiw
CARRERA
INGENIERÍA EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN
CARACTERÍSTICAS DE LA ASIGNATURA
PLAN DE ESTUDIOS
2008
ORDENANZA CSU. Nº
1150
OBLIGATORIA
X
ELECTIVA
ANUAL
X
PRIMER CUATRIMESTRE
SEGUNDO CUATRIMESTRE
NIVEL / AÑO
1º
HORAS CÁTEDRA SEMANALES
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los aspectos centrales que hacen a la tecnología de la computación y conceptos sobre
hardware, plataformas y arquitecturas, para abordar las cuestiones vinculadas al procesamiento y a
las comunicaciones.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
-
Sistemas numéricos de distintas bases. Circuitos lógicos y digitales básicos. Códigos y
representaciones.
Tecnología: memorias, almacenamientos auxiliares, dispositivos de entrada y salida.
Arquitectura: unidades estructurales básicas, UCP, memorias, UAL, controladores, buses,
relojes, interfaz de E/S, concepto de microcódigo, plataformas CISC y RISC, principios de
programación en lenguaje de base. Nociones sobre sistemas operativos.
CONTENIDOS
CONTENIDOS SINTÉTICOS
UNIDAD TEMATICA I
- Representación de Datos: Conceptos y utilización de distintos sistemas numéricos (decimal,
octal, hexadecimal y binario).
UNIDAD TEMATICA II
- Circuitos lógicos: Metodologías de simplificación y representación de circuitos óptimos a través
de compuertas lógicas.
UNIDAD TEMATICA III
- Circuitos digitales: Descripción y empleo de circuitos secuenciales y combinacionales. Tipos y
estructura básicas de memoria RAM y ROM.
UNIDAD TEMATICA IV
- Estructura de la computadora: Descripción de la arquitectura de la computadora.
UNIDAD TEMATICA V
- Estructura del procesador: Descripción de la arquitectura del procesador. Lenguaje ensamblador.
UNIDAD TEMATICA VI
- Interfaz básica de entrada y salida: Descripción, funcionamiento y tipo de interrupciones para la
interfaz de entrada y salida.
UNIDAD TEMATICA VII
- Plataforma RISC y CISC: Descripción y arquitectura RISC y CISC. Conceptos elementales de
sistemas operativos
CONTENIDOS ANALÍTICOS
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UNIDAD TEMÁTICA I:
CONTENIDOS: Representación de Datos. Introducción. Definiciones. Cantidad numérica. Los
sistemas numéricos de notación posicional. El sistema numérico decimal. Otros sistemas.
El sistema numérico binario (bit, nibble, byte, word).
Métodos de conversión.
Complemento con respecto a la base y a la base menos uno.
Representación en punto flotante de números reales en alto nivel (punto flotante del IEEE).Paridad
Sistema de codificación. Conceptos. Código ASCII. Otros. Indicadores de estados SZVC (flags), en
la operación con números.
TIEMPO ASIGNADO: 4 semanas. 16 horas.
OBJETIVOS DE LA UT: Mostrar cómo se representan en forma binaria los diversos tipos de datos
que se encuentran en las computadoras digitales, en los registros de la computadora. Se enfatiza la
representación de los números que se emplean en operaciones aritméticas y en la codificación
binaria de símbolos usados en el procesamiento de datos.
UNIDAD TEMÁTICA II:
CONTENIDOS: Circuitos Lógicos. Introducción. Álgebra de contactos. Principio de dualidad.
Diagrama temporal de una función lógica. Tabla de Verdad.
Formas canónicas. Expresión mínima en: Suma de Productos y Producto de Sumas.
Equivalencia entre funciones lógicas. Funciones complementaria.
Diagrama de Karnaugh. Estructura del diagrama. Simplificación de expresiones con diagrama de
Karnaugh.
Compuertas lógicas: OR, AND, Inversor, XOR, NOR, NAND y XNOR.
TIEMPO ASIGNADO: 4 semanas. 16 horas.
OBJETIVOS DE LA UT: Introduce los conocimientos básicos necesarios para el diseño de
sistemas digitales construidos con base en compuertas y flip-flops discretos. Cubre el álgebra
booleana, los circuitos combinatorios secuenciales. Proporciona los antecedentes necesarios para
comprender los circuitos digitales que se van a presentar.
UNIDAD TEMÁTICA III:
CONTENIDOS: Circuitos digitales. Descripción de los circuitos combinacionales de base. Empleo
de los circuitos combinacionales. Sumador. Multiplexores, demultiplexores.
Decodificador, codificador. Memoria ROM. Tipos de ROM.
Descripción de los circuitos secuenciales. Empleo de los circuitos secuenciales. Flip-Flops.
Contadores. Registros.
Tipos y estructura básica de una RAM.
TIEMPO ASIGNADO: 5 semanas. 20 horas
OBJETIVOS DE LA UT: Interpretar en detalle la operación lógica de los componentes digitales,
estándares más comunes. Distinguir a estos dispositivos digitales como bloques de construcción
para el diseño de circuitos más grandes, en las unidades siguientes.
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UNIDAD TEMÁTICA IV:
CONTENIDOS: Estructura del computador. Descripción de los componentes de un sistema.
Interfaz de entrada y salida. Almacenamientos auxiliares. Jerarquía de memoria. Concepto de
palabra (word) y su relación con la memoria. Gestión de memoria. Almacenamiento en la memoria,
y unidades de medidas. Velocidad de transmisión. Transferencia de un operando. Formato de una
instrucción. Ciclo de una instrucción. Modos de direccionamiento.
TIEMPO ASIGNADO: 5 semanas. 20 horas.
OBJETIVOS DE LA UT: Interpretar el funcionamiento del computador relacionado
hardware/software; fundamentar los principios tecnológicos de las distintas estructuras.
UNIDAD TEMÁTICA V:
CONTENIDOS: Estructura del procesador: Unidad de ejecución. Unidad de interfaz del bus.
Registros internos. Registro de banderas. Unidad aritmético-lógica. Reloj.
Memoria: Tipos y ejemplo de arquitectura típica.
Aspecto básico de la programación en ensamblador: Segmentos y desplazamientos, estructura de
un programa, Direccionamientos.
Instrucciones.
Interrupciones.
Ensamblar, enlazar y ejecución de programas. Concepto de microcódigo.
TIEMPO ASIGNADO: 7 semanas. 28 horas.
OBJETIVOS DE LA UT: Distinguir los bloques de un procesador para favorecer la demostración de
su funcionamiento. Programación de los manejadores de hardware y la programación de sistemas
básicos utilizando el lenguaje ensamblador.
UNIDAD TEMÁTICA VI:
CONTENIDOS: Interfaz básica de entradas y salidas. Introducción a la interfaz E/S. Formas de
realizar la fase de transferencia de E/S. Principio de funcionamiento de cada uno. Tipos de
interrupciones. Aplicaciones.
TIEMPO ASIGNADO: 2 semanas. 8 horas.
OBJETIVOS DE LA UT: Interpretar la técnica que usan las computadoras para comunicarse con
dispositivos de E / S. Se presentan unidades de interfaces para mostrar cómo interactúa el
procesador con los periféricos externos.
UNIDAD TEMÁTICA VII:
CONTENIDOS: Plataformas CISC Y RISC. Introducción. Conceptos fundamentales. Análisis
comparativo de sus propiedades. Conceptos elementales de sistemas operativos. Funciones.
Servicios. Tipos. Aplicaciones. Compiladores, y programa interprete. Ventajas comparativas de la
compilación y la interpretación.
TIEMPO ASIGNADO: 2 semanas. 8 horas
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OBJETIVOS DE LA UT: Conocer las principales características de la arquitectura Cisc Risc. Tener
una visión general de las funciones y características de un sistema operativo.
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BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA
TITULO
AUTOR
EDITORIAL
Organización y arquitectura de
Computadoras.
William Stallings
PEARSON
Microcontroladores INTEL
Barry B. Brey
PEARSON
AÑO DE
EDICIÓN/ISBN
13:978-84-9866-082-3
2007
EJEMPLARES
DISPONIBLES
0
13:978-970-26-0804-2
0
2006
Organización de
Computadoras
Andrew S.
Tanenbaum
PEARSON
13:978-970-17-0399-1
0
2000
Lenguaje Ensamblador y
Programación para PC IBM y
Compatibles
Técnicas Digitales con
Circuitos Integrados
Introducción General a la
Informática
Peter Abel
PRENTICE
HALL
M.C. Ginzburg
968-880-708-7
7
950-43-5514-5
9
950-43-7252-5
0
M.C. Ginzburg
1996
Algebra de Boole Aplicada a
Circuitos de Computación
M.C. Ginzburg
950-43-6623-5
8
1995
Lenguaje Ensamblador para
Microcomputadoras IBM
J. Ferry Godfrey
PRENTICE
HALL
968-880-204-2
6
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
Apuntes elaborados por la cátedra que se encuentran en la página de la materia.
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FORMACIÓN PRÁCTICA
FORMACIÓN EXPERIMENTAL: 0 horas
RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: 28 horas
ACTIVIDADES DE PROYECTO Y DISEÑO: 0 horas
ARTICULACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS
ASIGNATURAS CON QUE SE VINCULA
- Articulación horizontal con Matemática Discreta, Algoritmos y Estructuras de
Datos, Física I e Ingles I.
La relación con materias de otras áreas, como ser “Matemática discreta” o “Algoritmos y
Estructuras de Datos” perteneciente al área Programación. En esta primera es importante la
articulación y el concepto de la lógica matemática y proposicional, el Algebra de Boole para
con circuitos digitales. Con respecto a la segunda es importante la coordinación en función
de algunos temarios: Por ejemplo el concepto de Pila, ya que se desarrolla en lenguajes
ensambladores.
Son ejemplos de conceptos de velocidad, electromagnetismo, etc. y el uso continuo de
terminología referencial en ingles, otras de las articulaciones con respecto a las materias
Física I e Ingles I.
De esta manera se aprecia una articulación horizontal con Matemática Discreta, Algoritmos
y Estructuras de Datos, Física I e Ingles I.
- Articulación vertical con Sistemas Operativo, Comunicaciones y Redes de
Información.
En “Sistemas Operativos”, en su unidad temática Gestión de Memoria se requiere saber de
la arquitectura y tecnología de la memoria, en la unidad temática Gestión de Entrada /Salida:
Técnicas de “Polling” e Interrupciones, se requiere saber la arquitectura de la interfaz de E/S
y la tecnología de dispositivos de entrada y salida.
Si observamos la materia “Comunicaciones”, podemos apreciar que tiene una unidad
temática “Señales. Características de la transmisión Analógica y Digital”, que se relaciona
con circuito lógicos y digitales básicos. Asimismo las unidades temáticas “Medidas de la
velocidad “, “Modulación y Multiplexacion“ y “Tipos de transmisión” ; son temas a desarrollar
en función a conceptos bases adquiridos en la materia mencionada.
En la materia “Redes de Información”, las unidades temáticas como ser “La capa de
enlace”, “La capa de transporte”,etc. ,son desarrollados en función que se parte del concepto
de la “Capa Física”, justamente temas desarrollados en la materia de Comunicaciones en la
cual los conceptos bases hicieron hincapié justamente en la materia Arquitectura de
Computadoras.
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De acuerdo a lo detallado se aprecia una articulación vertical con Sistemas Operativo,
Comunicaciones y Redes de Información.
CORRELATIVAS PARA CURSAR
CURSADAS
Ninguna
APROBADAS
Ninguna
CORRELATIVAS PARA RENDIR EXAMEN FINAL
APROBADAS
Ninguna
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CARACTERÍSTICAS DE LA ACTIVIDAD CURRICULAR
DESCRIPCIÓN
Dictado de clases teóricas y realización de practicas en aula tradicional.
- Las clases teóricas se desarrollara de manera expositiva y siempre deberá cerrar los conceptos
con contenidos práctico, para permitir vincular y estrechar la relación teórico - práctico.
- Las clases prácticas serán participativas, individual o grupal sobre trabajos prácticos en aulas
convencionales.
- Los trabajos prácticos en laboratorio se toman como base sobre dos ejes temáticos:
1. Descripción y características de la arquitectura de la computadora.
2. Programación base en lenguaje ensamblador.
- Los alumnos acceden al uso del laboratorio para elaborar sus prácticas, con el
acompañamiento del docente durante el horario de clase.
- Los alumnos acceden al uso de los laboratorios habilitados por la facultad para llevar adelante
sus prácticas en diversos horarios semanales disponibles a tal fin.
- El software para lenguaje ensamblador se halla disponible en la pagina WEB de la cátedra, de
forma que los alumnos puedan acceder al mismo e instalarlo en sus propios equipos.
- La cátedra dispone de un reglamento interno, el cual se adjunta en la primera practica al
comienzo del año electivo.
MODALIDAD DE LA ENSEÑANZA
Estrategias metodológicas
Las 4 horas semanales que tiene asignadas se distribuyen de la siguiente manera:
- Clases teóricas: 1 Hora y media para exposición de los temas, con el uso de pizarrón.
- Clases prácticas: 1 Hora y media para ejercitación y desarrollo de los trabajos prácticos, a
cargo del auxiliar.
- Clases de laboratorio: desarrollo de las prácticas de laboratorios con apoyo del auxiliar o el
profesor en horario de clase.
El perfil de nuestro Ingeniero Tecnológico es:
“ Un
Profesional creativo, con capacidad para usar su razón con espíritu critico respecto a la realidad de
nuestro país”
Teniendo en cuenta el perfil de profesional definido como objetivo, es que se entiende que el
proceso de enseñanza y aprendizaje debe encararse de manera de lograr que:
- a) El alumno aprenda a estudiar, a pensar, a analizar y resolver los problemas que
presenta la realidad.
- b) El alumno, como persona y ser humano integrante de una comunidad que pretende
desarrollarse en lo más diversos aspectos, debe desarrollar una personalidad sensible
y atenta a los problemas de su entorno.
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Para el primer objetivo hay que poner énfasis en la adquisición, por parte del alumno, de métodos
de análisis y resolución por sobre la mera acumulación de conocimientos, pero teniendo en claro
que estos últimos deben ser dados como imprescindibles herramientas que permitan llegar a la/s
solución/es de los problemas que planteen.
El otro aspecto formativo requiere la posibilidad de que la Universidad permita al alumno un
verdadero contacto con la problemática socio-económica-política, a través de una acción clara que
posibilite el análisis de la misma. Esto es lo que debe implementar en coordinación con las
restantes materias de áreas, desde el punto de vista curricular, como asimismo mediante tareas de
extensión.
Conclusión: El alumno frente a un problema debe lograr la capacidad de desarrollar: Comprensión,
Análisis, Diagnóstico, pensar soluciones alternativas y optar por la más conveniente. Como se
especifico en punto anterior, debe ser sensible y atento a los problemas de su entorno.
La adquisición de conocimiento no deberá ser solamente un volcado masivo de información. El
alumno deberá relacionar cada contenido temático con su aplicación en la vida real con ejemplos
prácticos. De esta manera va haber un correlato de lo aprendido con lo comprendido, siendo esto
la verdadera herramienta para optar por una mejor solución. Finalmente es primordial la
coordinación con las otras materias del área como así también la realización de visitas a empresas
y/o centros de cómputos, para poder analizar el entorno y la realidad laboral.
Estrategias de enseñanza
- Clases teóricas: la clase expositiva, con el enriquecimiento de debates sobre casos reales.
- Clases prácticas: se completa el estudio de casos y se realizan resolución de ejercicios sobre
guías especialmente diseñadas, con el nivel de complejidad creciente, disponibles anticipadamente
en la semana.
EVALUACIÓN
La metodología de evaluación no solo debe contemplar la cantidad de conocimientos adquiridos,
sino también la forma en que fueron asimilados, procesados y usados en la práctica, como así
también la participación, responsabilidad y actitud que el alumno manifiesta.
Es necesario diagnosticar los conocimientos de los alumnos, y controlar la metodología empleada,
esto es, velocidad en que la información es brindada y asimilada, autoevaluar la propia capacidad
pedagógica al ser motor de los incentivos que provoque en el alumnado, siendo este un proceso de
retroalimentación de la metodología propuesta.
De lo dicho se desprende que la evaluación debe ser continua en lo que hace a un seguimiento del
proceso de asimilación de los conocimientos adquiridos. Esto es una instancia adicional a la
evaluación prevista en la reglamentación vigente de la Facultad Regional.
Obviamente, la puesta en práctica de este sistema requiere del uso intensivo del tiempo
establecido para el dictado de clases dentro del ciclo previsto.
¾
Procedimientos:
•
Trabajos Prácticos y colaboración en clase:
- Desarrollo de trabajos prácticos de las diversas unidades temáticas. Participación y resolución en
clase de ejercicios propuesto por el alumnado o en defecto por el docente.
•
Trabajos y desarrollos en el laboratorio:
- Análisis y evaluación de circuitos lógicos. Circuito integrado desarrollado por la cátedra.
- Evaluación de distintas arquitecturas de computadoras.
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- Análisis y desarrollo en lenguaje ensamblador.
•
Exámenes parciales escritos.
- Dos parciales con dos recuperatorios respectivo para cada uno, mas la fecha flotante como lo
establece la reglamentación vigente de la Facultad Regional La Plata.
•
Diagnóstico y auto evaluación:
- Realización periódica de breves y concisas preguntas conceptuales por escrito de los temarios
desarrollados en teoría. El objetivo a seguir es el seguimiento del proceso de asimilación de los
conocimientos adquiridos y así poder realizar la auto evaluación.
¾
Evaluación Final
• Escrita
- Evaluación escrita de los contenidos prácticos y teóricos.
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ESTRUCTURA DE LA CÁTEDRA
RESPONSABLE DE CÁTEDRA:
Ing. Gerardo Román Leskiw – Profesor Asociado
ESTRUCTURA DOCENTE
PROFESOR/ES:
- Ing. Alberto Omar Spinsanti – Profesor Adjunto
- Ing. Juan Carlos Etcheberry - Profesor Adjunto
AUXILIAR/ES DOCENTE/S:
- Ing. Hugo Mazzeo – JTP
- Ing. Jorge Rojas, Ayudante Diplomado
- Ing. Luis Rodríguez, Ayudante Diplomado
- Ing. Marcelo Giussepin - Ayudante Diplomado
NÚMERO DE COMISIONES: 7 (siete)
NÚMERO DE ALUMNOS POR COMISIÓN
La asignatura se desarrolla de acuerdo al diseño curricular en forma anual, con un número
promedio estimado en los últimos años de aproximadamente 75 alumnos.
Comisión Promedio últimos 6 años Año 2010
56
71
47
83
84
48
83
91
50
75
74
51
80
78
52
71
56
61
75
62
62
PARA ACTIVIDADES TEÓRICAS:
Para las clases de presentación
aproximadamente 70 alumnos.
teórica
se
agrupan
en
comisiones-aulas
de
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PARA ACTIVIDADES PRÁCTICAS:
Para las clases de presentación
aproximadamente 70 alumnos.
practica
se
agrupan
en
comisiones-aulas
de
PROBLEMAS DE EJERCITACIÓN:
PROBLEMAS DE INGENIERÍA: No corresponde
FORMACIÓN EXPERIMENTAL: 70 alumnos promedio.
Modalidad de dictado: clases prácticas, clases de
laboratorios donde se conforman grupos, de manera que
no se trabaje con más de 2/3 alumnos por máquina, en
distintos turnos.
DE PROYECTO Y DISEÑO: No corresponde
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CRONOGRAMA
UNIDAD Y /O TEMA
ACTIVIDADES
1-Presentación de la materia. Docentes.
Bibliografía. Evaluación. Trabajos prácticos.
Clases expositivas.
Introducción a la representación de datos.
Sistemas numéricos. Conversiones. Reglas
Clase expositiva
prácticas.
Complemento a la base y a la base menos uno Clase expositiva y problemas
Operaciones aritméticas. Signo y modulo.
Números reales. Representación en punto
Clase expositiva y problemas
flotante.
Códigos. Indicadores de estados (SZVC).
Clase expositiva y problemas
Capacidad de representación.
2-Circuitos lógicos. Operaciones Lógicas.
Lógica de Compuertas. Principio de dualidad. Clase expositiva y problemas
Diagrama temporal. Tabla de Verdad.
Formas canónicas de una función. Expresiones
mínimas en Suma de Producto y Producto de Clase expositiva y problemas
Suma.
Equivalencia entre funciones. Funciones
Clase expositiva y problemas
Complementarias. Compuertas.
Diagrama de Karnaugh. Simplificaciones de
Clase expositiva y problemas
funciones utilizando el diagrama de Karnaugh
3- Circuitos Digitales. Circuito combinacional. Clase expositiva y problemas
Multiplexor. De multiplexor.
Decodificador. Codificador. Memoria no
Clase expositiva y problemas
Volátil (ROM). Clasificación.
Circuitos secuenciales
Clase expositiva y problemas
Flip-Flops.
Contadores sincrónicos. Registros de
Clase expositiva y problemas
entrada y salida.
Registros de transferencia de datos. Memoria Clase expositiva y problemas
Volátil (RWM). Clasificación.
CONSULTAS Y 1º PARCIAL
4- Estructura de un sistema. Diferentes
estructuras. Palabra (word), su relación con
Clase expositiva y problemas
la memoria. Mapa de Memoria.
Almacenamiento. Unidades de medidas.
Clase expositiva y problemas
Unidad de velocidad. Gestión de memoria.
Primer Rec. Del 1° Parcial
Transferencia de datos en un sistema. Formato Clase expositiva y problemas
de una instrucción. Ciclo de una instrucción.
Modos de direccionamiento que no especifican
la dirección del operando. Modo inmediato.
Clase expositiva y problemas
Modo por registro.
Modos de direccionamiento que hacen referen- Clase expositiva y problemas
cia a la dirección del operando. Modo directo.
Modo indirecto.
Segundo Rec. Del 1° Parcial
5-Estructura del procesador. Unidad de ejecución. Unidad de Interfaz del Bus. Registros.
Clase expositiva y problemas
Segmentos. Dirección física. Dirección relativa.
Unidad aritmético-lógica.
TIEMPO
½ semana
½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
1 semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ y ½ semana
½ semana
½ y ½ semana
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Instrucciones.
Direccionamientos.
Transferencia de control del procesador:
Instrucciones de salto condicional e
Incondicional. Subrutina. Interrupción.
Concepto de microcódigo
Memorias.
6- Introducción a la interfaz entrada y salida.
Forma de realizar la transferencia de E/ S.
Principio de funcionamiento de cada una.
Laboratorio de Arquitectura de Computadoras
7- Arquitectura CISC - RISC. Propiedades.
Características. Conceptos Básicos de Sistemas Operativos.
Laboratorio de Lenguaje Ensamblador.
CONSULTA Y 2º PARCIAL
Clases expositivas: 15 semanas
Problemas: 14 semanas
Consultas: 1 semana
Parciales: 2 semanas
Clase expositiva y problemas
1 y 1 semana
Clase expositiva y problemas
1 y 1 semana
Clase expositiva y problemas
1 y 1 semana
Clase expositiva y problemas
½ y ½ semana
Clase expositiva y problemas
½ y ½ semana
Clase expositiva.
½ y ½ semana
Clase expositiva y problemas
½ y ½ semana
1 semana
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