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Guía Docente 2017/2018

Estructura de Computadores

Computer Organization and Design

Grado en Ingeniería Informática

A distancia

[Estructura de Computadores]

[Asignatura] - Tlf: (+34) 902 102 101

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ÍndiceEstructura de computadores .............................................................................................. 2

Breve descripción de la asignatura ................................................................................... 2

Requisitos Previos .............................................................................................................. 2

Objetivos .............................................................................................................................. 2

Competencias y resultados de aprendizaje ...................................................................... 3

Metodología ......................................................................................................................... 4

Temario ................................................................................................................................. 5

Relación con otras materias ............................................................................................... 7

Sistema de evaluación ........................................................................................................ 7

Bibliografía y fuentes de referencia ................................................................................... 8

Web relacionadas ................................................................................................................ 9

Recomendaciones para el estudio y la docencia ............................................................. 9

Material necesario ............................................................................................................... 9

Tutorías .............................................................................................................................. 10

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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: jlabellan@ucam.edu

Horario de atención a los alumnos/as: Lunes 10:00-12:00. Fuera de ese horario se puede solicitar

cita vía mensaje privado a través del Campus Virtual.

Profesor coordinador de curso: Mª Magdalena Cantabella Sabater. 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. 4. Comprender la integración de memorias y sistema de E/S en el sistema global. 5. Entender el funcionamiento de los diferentes dispositivos periféricos atendiendo a

parámetros como E/S, comunicación y estructura.

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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.

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.

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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

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.

Metodología Horas Horas de trabajo presencial

Horas de trabajo

no presencial

Evaluación 7.5 7.5 horas (5 %)

Mecanismos de Tutorización

22.5

142.5 horas (95

%)

Estudio personal 75

Búsquedas bibliográficas

7.5

Realización de trabajos 37.5

TOTAL 150 7.5 142.5

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Temario Programa de la enseñanza teórica

Unidad 1. Introducción.

1. Componentes y esquemas básicos del computador Von Neumann

2. Fases de ejecución de una instrucción

3. Evolución histórica

Unidad 2. Repertorio de instrucciones del MIPS.

1. Operaciones de la circuitería del computador.

2. Operandos de la circuitería del computador.

3. Soporte de procedimientos.

4. Pseudo-instrucciones.

5. Llamadas al sistema operativo.

Unidad 3.- Representación de instrucciones en el computador.

1. Tipos de instrucciones MIPS.

2. Codificación de las instrucciones MIPS.

3. Modos de direccionamiento.

Unidad 4. 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.

Unidad 5. 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.

Unidad 6. 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.

d. Protocolos de acceso al bus.

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e. Mecanismos de control de acceso.

f. Algunos ejemplos de buses comerciales.

Programa de la enseñanza práctica

Las prácticas de la asignatura constarán de una serie de seminarios que complementarán los contenidos teóricos-prácticos. Los seminarios son:

Seminario 1. Introducción al Lenguaje MIPS.

Seminario 2. Uso del simulador MIPS MARS.

Seminario 3. Procedimientos y uso de la pila en MIPS.

Seminario 4. Simulador de Caché en MARS.

El porcentaje de evaluación de cada seminario así como su descripción, serán detallados en el Campus Virtual al que los estudiantes tendrán acceso una vez comenzado el curso académico.

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 más avanzados de la asignatura para obtener el máximo rendimiento de las arquitecturas más actuales.

Sistema de evaluación

- Primera prueba parcial: 30% del total de la nota.

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: 30% del total de la nota.

- Participación: 10% del total de la nota.

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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 los foros y la wiki de la asignatura.

El alumno superará la asignatura cuando la media ponderada sea igual o superior a 5 puntos y tenga una nota de, al menos, 4 puntos en todas las partes que componen el sistema de evaluación cuya ponderación global sea igual o superior al 20%.

Si el alumno tiene menos de un 4 en alguna de las partes cuya ponderación sea igual o superior al 20%, la asignatura estará suspensa y deberá recuperar esa/s parte/s en la siguiente convocatoria dentro del mismo curso académico. La/s parte/s superada/s en convocatorias oficiales (Febrero/Junio) se guardarán para las sucesivas convocatorias que se celebren en el mismo curso académico.

En caso de que no se supere la asignatura en la Convocatoria de Septiembre, no contarán las partes aprobadas para sucesivos cursos académicos.

El sistema de calificaciones (RD 1.125/2003. de 5 de septiembre) será el siguiente:

0-4,9 Suspenso (SS)

5,0-6,9 Aprobado (AP)

7,0-8,9 Notable (NT)

9,0-10 Sobresaliente (SB)

La mención de “matrícula de honor” podrá ser otorgada a alumnos que hayan obtenido una calificación igual o superior a 9,0. Su número no podrá exceder del 5% de los alumnos matriculados en una materia en el correspondiente curso académico, salvo que el número de alumnos matriculados sea inferior a 20, en cuyo caso se podrá conceder una sola matrícula de honor.

Bibliografía y fuentes de referencia Bibliografía básica

Hennessy, J. L. y Patterson, D. A. Arquitectura de Computadores: Un enfoque cuantitativo. Elsevier, 2012 Estructura y Tecnología de Computadores. Acacio Sánchez, Manuel E., Fernández Pascual, Ricardo, González Férez, Pilar, Ros Bardisa, Alberto. Estructura y Tecnología de computadores. Murcia Diego Marín Libreros, 2015. Cuesta A., Hidalgo J. I., Rico J. L. y Lanchares J. Problemas de Fundamentos y Estructura de Computadoras. Pearson, 2009.

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

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.

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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.

• 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

A través del campus virtual se van a establecer diferentes mecanismos de tutorización, soportados por las distintas herramientas disponibles:

• Foros: Sirven para promover la interacción entre todos los participantes en la asignatura. Recoger todas las dudas, aclaraciones, sugerencias, etc. que se van produciendo a lo largo del curso. Debe ser el primer punto de revisión para la aclaración de dudas. Se ofrecen foros para el debate de los contenidos relacionados con el temario y para el debate de las prácticas. Más en concreto habrá un foro para cada uno de los temas de la asignatura, así como otro para cuestiones generales con temas como evaluación, instalación del software, dudas de las prácticas…

• Videoconferencia: Para la discusión de temas concretos y la aclaración de dudas. El profesor propondrá al menos cuatro videoconferencias: presentación, seguimiento de las prácticas y aclaración de dudas previas a cada uno de los exámenes. Además de las propuestas por el profesor los alumnos podrán solicitar la realización de videoconferencias.

• Mensajes privados y/o correo electrónico: Toda la comunicación directa con el profesor puede realizarse mediante estas herramientas. Preferiblemente correo electrónico. Se realizará diariamente, con un compromiso de respuesta en menos de 48 horas lectivas desde la recepción del mismo.

• Teléfono: En las horas de tutorías el profesor atenderá a los alumnos por éste método, fuera de ese horario también será posible contactar con el profesor por teléfono o por videoconferencia previa petición.

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