Guía Docente 2014/2015

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Guía Docente 2014/2015

Estructura de computadores

Computer organization and design

Grado en Ingeniería Informática

Presencial

Rev. 14/10/2014 10:23

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Estructura de computadores

Índice

Estructura de computadores ...3

Breve descripción de la asignatura ...3

Requisitos Previos ...3

Objetivos ...3

Competencias y resultados de aprendizaje ...4

Metodología ...5

Temario ...7

Relación con otras materias ...9

Sistema de evaluación ...9

Bibliografía y fuentes de referencia ... 10

Web relacionadas ... 11

Recomendaciones para el estudio y la docencia ... 11

Material necesario ... 11

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Estructura de computadores

Módulo: Formación Básica.

Materia: Informática. Carácter: Básica. Nº de créditos: 6 ECTS.

Unidad Temporal: 1º Curso-2ºSemestre.

Profesor de la asignatura: José Luis Abellán Miguel. Email: [email protected]

Horario de atención a los alumnos/as: Lunes 9:30-10:30. Fuera de ese horario se puede solicitar cita vía correo electrónico al indicado en la línea anterior.

Profesor coordinador del curso: José María Cecilia Canales. Profesor coordinador del módulo: Jesús Antonio Soto Espinosa.

Breve descripción de la asignatura

Los objetivos que pretende alcanzar esta asignatura se centran en conocer las bases de la jerarquía de Memorias: memoria caché y virtual. Integración de memorias y sistema de E/S. Tipos y características de los dispositivos de E/S: buses, interfaces y técnicas. Periféricos. Introducción a la programación a bajo nivel.

Brief Description

The main objectives of this subject are to provide insights of the fundamentals of computer organization and design. Among them can be found: memory hierarchy (cache memory management and virtual memory), and its integration with the E/S subsystem. Moreover, main characteristic of E/S devices are analyzed, such as buses, interfaces and techniques to manage them. Finally, the microprocessor instruction set architecture is also introduced.

Requisitos Previos

No se establecen requisitos previos aunque es muy aconsejable tener superada la asignatura Fundamentos de computadores.

Objetivos

Los objetivos de esta asignatura son:

1. Visualizar la organización y la estructura general del computador.

2. Comprender el lenguaje ensamblador y su traducción a lenguaje máquina.

3. Comprender los distintos sistemas de almacenamiento del computador y su funcionamiento integrado.

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5. Entender el funcionamiento de los diferentes dispositivos periféricos atendiendo a parámetros como E/S, comunicación y estructura.

Competencias y resultados de aprendizaje

Competencias transversales

T1: Capacidad de análisis y síntesis

T2: Capacidad de organización y planificación. T3: Capacidad de gestión de la información. T4: Resolución de problemas.

T5: Toma de decisiones. T6: Trabajo en equipo. T11: Razonamiento crítico. T14: Aprendizaje autónomo.

T15: Adaptación a nuevas situaciones. T16: Creatividad e innovación.

T19: Motivación por la calidad.

T20: Sensibilidad hacia temas medioambientales. T21: Capacidad de reflexión.

T22: Comprender los puntos principales de textos claros y en lengua estándar si tratan sobre cuestiones relacionadas con el ámbito de estudio.

T23: Producir textos sencillos y coherentes sobre temas relacionados

Competencias específicas

FB5: Conocimiento de la estructura, organización, funcionamiento e interconexión de los sistemas informáticos, los fundamentos de su programación, y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.

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Resultados de aprendizaje

RA 1.3.16 Explicar la jerarquía y características de las memorias.

RA 1.3.17 Diferenciar entre memoria caché y virtual atendiendo a su estructura, organización y funcionamiento.

RA 1.3.18 Explicar la integración de memorias y sistema de E/S.

RA 1.3.19 Describir y explicar las características, interconexión y funcionamiento los distintos buses y estándares y de las distintas técnicas de E/S.

RA 1.3.20 Entender el funcionamiento de los diferentes dispositivos periféricos atendiendo a parámetros como E/S, comunicación y estructura.

RA 1.3.21 Realizar correctamente programas escritos a bajo nivel.

Metodología

Metodología Horas Horas de trabajo presencial Horas de trabajo no presencial Clases en el Aula 24 60 horas (40 %) Evaluación 4.8 Prácticas 19.2 Tutorías 12 Estudio personal 45 90 horas (60 %) Lecturas recomendadas y búsqueda de información 27 Realización de ejercicios, presentaciones, trabajos y casos prácticos 13.5 Actividades de aprendizaje virtual 4.5 TOTAL 150 60 90

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La calendarización de los contenidos, así como la distribución del tiempo en cada una de las metodologías según el tema y la tarea a realizar se encuentra reflejada en el plan de trabajo de la asignatura.

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Temario

Programa de la enseñanza teórica

Tema 1. Introducción.

1. Componentes y esquemas básicos del computador Von Neumann 2. Fases de ejecución de una instrucción

3. Evolución histórica

Tema 2. Repertorio de instrucciones del MIPS. 1. Operaciones de la circuitería del computador. 2. Operandos de la circuitería del computador.

3. Representación de instrucciones en el computador. 4. Tipos de instrucciones MIPS.

5. Soporte de procedimientos. 6. Estilos de direccionamiento. 7. Pseudo-instrucciones.

8. Llamadas al sistema operativo. Tema 3. Jerarquía de memoria cache.

1. Introducción.

a. Principio de localidad. b. Conceptos generales. 2. Memoria caché.

a. Memoria caché de correspondencia directa. b. Rendimiento de la caché.

c. Memoria caché asociativa por conjuntos. 3. Tratamiento de los fallos de caché.

a. Tratamiento de los fallos de lectura. b. Tratamiento de los fallos de escritura.

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4. Memorias caché multinivel.

5. Características de la memoria caché en algunos sistemas actuales. Tema 4. Jerarquía de memoria virtual.

1. Introducción.

a. Conceptos generales.

b. Consideraciones de diseño de un sistema de memoria virtual. 2. La tabla de páginas.

3. Tratamiento de los fallos de página. 4. TLB (Translation Lookaside Buffer).

5. Implementación de la protección con memoria virtual. 6. Un marco común para las jerarquías de memoria. 7. Jerarquía de memoria para la DECSTATION 3100.

a. Memoria caché. b. Memoria virtual. Tema 5. Introducción a la E/S.

1. Introducción.

2. Clasificación de los dispositivos de E/S. 3. Programación de la Entrada/Salida.

a. Puertos, controladoras y canales.

b. E/S mapeada a memoria vs, E/S aislada. c. Técnicas de comunicación CPU-E/S. 4. El papel del sistema operativo.

5. Implementación de la E/S a. Concepto de bus.

b. Elementos de diseño de un bus. c. Parámetros de los buses.

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d. Protocolos de acceso al bus. e. Mecanismos de control de acceso. f. Algunos ejemplos de buses comerciales.

Programa de la enseñanza práctica

La prácticas de la asignatura consistirán en el desarrollo de un programa a nivel de ISA. En concreto, nos centraremos en la el lenguaje MIPS. Para el correcto desarrollo de la práctica se ofrecerán diversos seminarios de manejo básico del lenguaje. Estos seminarios se enumeran a continuación:

Práctica 1. Introducción al Lenguaje MIPS. Práctica 2. Uso del simulador MIPS MARS. Práctica 3. Manejo de la pila en MIPS. Práctica 4. Uso de procedimientos en MIPS. Práctica 5. Llamadas al sistema en MIPS

Un enunciado más detallado de las prácticas, así como las fechas de entrega será mostrado en el campus virtual, en primera instancia en el plan de trabajo de la asignatura, y posteriormente en las tareas correspondientes a cada práctica.

Relación con otras materias

Por el contenido de la asignatura, donde se explican contenidos básicos de la organización del PC, esta asignatura es la base para asignaturas posteriores como Sistemas Operativos, Arquitectura

de Computadores y Programación Paralela. En Sistemas Operativos se necesita conocer el

hardware que el sistema debe administrar. Además, Arquitectura de Computadores que se puede considerar la continuación de la materia impartida, Fundamentos de Computadores como las bases tecnológicas para el correcto entendimiento de los principios básicos de esta asignatura y Programación Paralela, donde se pondrán en práctica conceptos mas avanzados de la asignatura para obtener el máximo rendimiento de las arquitecturas mas actuales.

Sistema de evaluación

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Se evaluarán los primeros tres temas de la asignatura. - Prueba final: 30% del total de la nota.

Se evaluarán los últimos tres temas de la asignatura.

- Evaluación de prácticas y problemas: 40% del total de la nota.

Evaluación del desarrollo de la práctica final en los criterios establecidos en el enunciado de la práctica.

Se valorará a partir de la entrega de diferentes tareas voluntarias, así como de la participación en los diversos mecanismos de tutorización lo que se valorará en el % de participación. Se tendrá en cuenta no solamente la cantidad de la participación, sino la calidad de la misma. Tanto en el planteamiento de dudas como en la resolución de las de los compañeros en clase.

Bibliografía y fuentes de referencia

Bibliografía básica

Hennessy, J. L. y Patterson, D. A. Computer architecture: a quantitative approach. Elsevier, 2012 Patterson, D. A., Hennessy, J. L. Estructura y diseño de computadores. La interfaz hardware/software. Barcelona: Editorial Reverté, 2011.

Anasagasti, P. M. Fundamentos de los computadores. Madrid Thomson Paraninfo. 9ª edición, 2004.

Ortega, J. y Anguita, M. y Prieto Espinosa, A. Arquitecturas de Computadores. Madrid: Thomson Paraninfo, S.A, 2005.

García Clemente, Mª I. Estructura de Computadores. Problemas Resueltos. Madrid: RA-MA, 2006.

Bibliografía complementaria

Tanenbaum, A. S. Organización de computadoras. Un enfoque estructurado. Mexico: Prentice Hall. 4ª edición, 2000.

Dormido,S., Canto ,Mª. A., Mira, J., Delgado, A. E. Estructura y tecnología de computadores. Madrid: Sanz y Torres, S.L., 2001.

Dormido B., S., Dormido C., S., Pérez, A., Ruipérez, P. Problemas de estructura y tecnología de computadores. Madrid: Sanz y Torres, S.L., 2ª Ed. 2002.

Fernández, R., Piernas, J., Flores, A. y López de Teruel, P. E. Estructura y Tecnología de computadores. Murcia Diego Marín Libreros, 2012.

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Web relacionadas

IEEE, http://www.ieee.org/index.html. ACM, http://www.acm.org/

Intel, http://www.intel.es/

Recomendaciones para el estudio y la docencia

Es fundamental que el alumno vaya comprobando los conocimientos adquiridos de una manera práctica delante del ordenador, y mediante la resolución de problemas y casos específicos. Con ello podrá percibir más claramente los conceptos erróneos que pueda mantener.

El alumno deberá repasar y tener claros todos los conceptos proporcionados por la asignatura de Estructura de computadores, para poder aprovechar convenientemente los conceptos aquí impartidos.

Los conocimientos de la asignatura son progresivos, basándose cada apartado en los adquiridos en los apartados anteriores, por lo que se deberá llevar al día la asignatura.

Material necesario

Aplicaciones

El software a utilizar es el simulador de MIPS MARS. Este simulador es de código libre, bajo licencia MIT. Es descargable de la página web de la universidad de Missouri Oracle http://courses.missouristate.edu/kenvollmar/mars/download.htm. Más en concreto utilizaremos la versión 4.4. Este software está liberado en un .jar, por tanto es necesario tener una versión java instalada. Java se puede descargar de está página web https://www.java.com/es/download/. Este software también es de uso gratuito.

Material didáctico

Además de la bibliografía recomendada, en el campus virtual, en el apartado de recursos se proporcionará al alumno organizado en carpetas por temas el material didáctico necesario para el seguimiento de la misma que consistirá en :

• Apuntes sobre los temas tratados.

• Enlaces a otros sitios donde aumentar la información sobre los temas.

• Ejercicios para practicar, en un principio los enunciados, y posteriormente se pondrán las soluciones a los mismos.

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• Presentaciones con explicación oral del profesor de los temas más importantes y/o dificultosos

• Capturas de pantalla con explicación del profesor de la realización de ejercicios prácticos, así como de lo relacionado con la instalación del entorno y puesta en marcha.

• Bibliografía y Material adicional para ampliar los conocimientos de cada asignatura.

Tutorías

Breve descripción

Se evaluarán la claridad de manejo de los conceptos vistos en clase mediante entrevista personal en la que se comprobará la fluidez del discurso, el acierto en las decisiones tomadas y la desenvoltura ante cuestiones que requieran razonar un paso más allá de la materia dada. Unas de sus principales finalidades serán la de servir de apoyo a la realización de las prácticas de la asignatura, en las que el alumno tendrá que aplicar todo el contenido de la asignatura.