ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI E LABORATORIO A - EModulo ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
Anno accademico 2024/2025 - Docente: EMILIANO ALESSIO TRAMONTANARisultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: acquisire conoscenza e capacità di comprensione dei concetti fondamentali delle principali architetture hardware dei sistemi di calcolo e dei principi metodologici che ne ispirano lo sviluppo, nella prospettiva storica della loro evoluzione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: acquisire capacità di risolvere problemi di progettazione di sistemi di calcolo, cimentandosi con esercizi proposti a tal fine, e di adoperare, progettare e realizzare strumenti software, quali simulatori ed interpreti, per macchine astratte relative ai livelli più bassi della organizzazione dei sistemi di calcolo.
Autonomia di giudizio: essere in grado di confrontare e valutare la qualità di soluzioni a problemi di progetto di sistemi di calcolo.
Abilità comunicative: acquisire abilità comunicativa e proprietà di linguaggio utili alla comunicazione di problematiche inerenti il funzionamento, la progettazione, la realizzazione e la valutazione di sistemi di calcolo.
Capacità di apprendimento: sviluppare la capacita di capire le caratteristiche innovative e migliorative dell'hardware futuro.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali, esempi e esercizi svolti in aula.
Il materiale proiettato viene fornito nella pagina del docente sul sito del corso di laurea (www.dmi.unict.it/tramonta/)
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Gli studenti con disabilità e/o DSA dovranno contattare con sufficiente anticipo rispetto alla data dell'esame il docente, il referente CInAP del DMI e il CInAP per comunicare che intendono sostenere l'esame fruendo delle opportune misure compensative (che saranno indicate dal CInAP).
Prerequisiti richiesti
Nessun prerequisito richiesto.
Frequenza lezioni
Per una piena comprensione degli argomenti del corso e delle tecniche presentate, la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è obbligatoria.
Contenuti del corso
Architetture RISC e CISC, modi d'indirizzamento. Tipi e formati di istruzioni RISC, esempi di programmi in linguaggio Assembly RISC. Gestione della pila e dei sottoprogrammi. Istruzioni logiche, scorrimento, rotazione. Insiemi di istruzioni CISC.
Operazioni di ingresso e uscita, accesso a dispositivi di I/O, controllo e servizio delle interruzioni.
Software di supporto, linguaggi assemblativi e C, sistema operativo.
Struttura di base del processore, componenti hardware per architetture RISC: banco di registri, ALU, percorso dati, sezione di prelievo di istruzioni. Passi di esecuzione, salti, attesa dalla memoria. Controllo cablato e segnali di controllo. Processori CISC, architettura a bus, controllo microprogrammato.
Organizzazione in pipeline, problematiche del pipeline, dipendenza i dato, ritardi della memoria, ritardi nei salti, limiti di risorse. Valutazione delle prestazioni in pipeline. Processori con funzionamento superscalare.
Sistema di ingresso uscita, struttura a bus, bus sincrono, asincrono, arbitraggio.
Sistema di memoria, memoria statica, dinamica, celle di memoria, organizzazione di chip di memoria. Gerarchia di memoria, schemi di indirizzamento e sostituzione per la memoria cache.
Circuiti efficienti per l'aritmetica binaria.
Testi di riferimento
C. Hamacher, Z. Vranesic, S. Zaky & N. Manjikian : Introduzione all'architettura dei calcolatori. Terza edizione, McGraw-Hill Education (Italy), 2013
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Introduzione al corso, Categorie calcolatori, componenti funzionali | C. 1 |
| 2 | Istruzioni, esecuzione, prestazioni, Generazioni tecnologiche | C. 1 |
| 3 | Memoria, indirizzamento, Operazioni, istruzioni, notazione RTN, addizioni, modi di indirizzamento, assemblaggio | C. 2 |
| 4 | Pila, sottoprogrammi, Passaggio parametri su registri e pila, aree attivazione | C. 2 |
| 5 | Operazioni aritmetiche e logiche, Istruzioni CISC, bit esito, codifica istruzioni | C. 2 |
| 6 | Operazioni I/O, interruzioni, routine servizio interruzioni, interruzioni multiple, gestore interruzioni | C. 3 |
| 7 | Software per i linguaggi assemblativi, cenni su sistemi operativi | C. 4 |
| 8 | Componenti hardware, Stadi, banco dei registri, datapath, generatore di indirizzi, passi d'esecuzione, salti | C. 5 |
| 9 | Segnali di controllo, controllo cablato, generazione segnali, Architettura CISC, controllo microprogrammato | C. 5 |
| 10 | Pipeline, Dipendenze di dato, Ritardi di memoria, Ritardi nei salti | C. 6 |
| 11 | Predizioni salti, automi, buffer, calcolo prestazioni, Architettura superscalare e problematiche | C. 6 |
| 12 | Bus sincrono, multiciclo, asincrono, arbitraggio | C. 7 |
| 13 | Dispositivi di memoria, gerarchia delle memorie, memorie statiche e dinamiche | C. 8 |
| 14 | Moduli di memoria, organizzazione dei moduli, località, cache hit e miss | C. 8 |
| 15 | Indirizzamento diretto, associativo, a gruppi, dati scaduti, algoritmi di sostituzione, prestazioni | C. 8 |
| 16 | Circuiti per l'aritmetica binaria | C. 9 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La valutazione consiste di una prova scritta e un colloquio orale. La prova scritta si svolge alle ore 9:00 del giorno dell'appello, salvo comunicazioni diverse. La prova scritta dura un'ora e consiste di vari quesiti a risposte multiple e due domande aperte che prevedono l'implementazione di codice e il disegno di diagrammi. Il superamento della prova scritta permette di presentarsi alla parte 'orale dell'esame, nei giorni successivi allo scritto, che verranno comunicati.
Una ottima valutazione dello scritto sarà attribuita quando il numero di risposte corrette per i quesiti a risposte multiple è vicino al numero di domande totali e quando le risposte alle domande aperte sono corrette e precise.
L'esame sarà valutato in modo ottimo (voto dal 28 al 30 e lode) se si mostrerà di aver acquisito profonda conoscenza dei concetti del corso e precisione nella loro esposizione. Un voto intermedio (dal 24 al 27) sarà dato nel caso in cui l'esame mostra una comprensione parziale degli argomenti. Uno voto appena sufficiente (dal 18 al 23) sarà dato quando pur conoscendo parzialmente gli argomenti, questi vengono esposti in modo superficiale.
Per partecipare all'esame è necessario avere effettuato la prenotazione sul portale SmartEdu.
Opzionale lo svolgimento e la presentazione di un progetto.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Conversioni di numeri in basi decimale, binario e esadecimale
Sintesi di funzioni logiche
Tabelle di verità di porte logiche
Istruzioni assembly, e programmi elementari
Esecuzione di istruzioni assembly tramite percorso dati
Organizzazione della memoria cache
Esecuzione in pipeline e problematiche