Curs acadèmic: 2009-2010

Enginyeria Tècnica de Telecomunicació, esp. Telemàtica

Computadors II (12622)

Nombre de crèdits: 5                                 Nombre de crèdits ECTS: 4
Nombre total d'hores de dedicació: 100
Curs: 2n
Tipus: Trimestre
Període: 2n

Presentació de l'assignatura

Aquesta assignatura és la segona d'un conjunt de tres assignatures troncals en què s'estudien els fonaments de l'estructura dels computadors. A Computadors II s'estudia l'estructura del component fonamental de l'ordinador, el processador, i d'altres components, principalment la memòria. Aquest estudi parteix dels coneixements sobre circuits lògics adquirits a Computadors I.

Prerequisits per al seguiment de l'itinerari formatiu

Per al seguiment d'aquesta assignatura és necessari haver assimilat els conceptes estudiats a Computadors I referents a portes lògiques, blocs combinacionals, biestables i blocs seqüencials.

Competències a assolir en l'assignatura

Competències generals

Competències específiques

Instrumentals Capacitat d'anàlisi i de síntesi. Habilitats bàsiques en l'ús d'eines informàtiques. Interpersonals Treball en equip. Sistèmiques Capacitat d'aplicar els coneixements en la pràctica. Altres

Capacitat per obtenir el diagrama d'estats d'un sistema lògic seqüencial a partir de la descripció del seu funcionament, i per dissenyar el sistema a partir d'aquest diagrama. Capacitat per reproduir manualment el funcionament dels diferents tipus de memòria cache. Capacitat per traduir entre llenguatge assemblador i codi màquina, i de llenguatge d'alt nivell a llenguatge assemblador. Capacitat per modificar el disseny d'una unitat de processament, i fer les modificacions corresponents a la unitat de control, per afegir funcionalitat al processador.

Objectius d'aprenentatge

Aquesta assignatura pretén aconseguir que l'estudiant sigui capaç de:

• Identificar els sistemes susceptibles de ser modelats com a sistemes lògics seqüencials.
• Sintetitzar la descripció del funcionament d'un sistema lògic seqüencial traduint-la a un diagrama d'estats segons els models de Moore i de Mealy.
• Dissenyar un sistema lògic seqüencial a partir del seu diagrama d'estats.
• Enumerar els tipus principals de busos d'interconnexió i les seves funcions.
• Descriure l'estructura bàsica de la memòria del computador.
• Identificar els diferents nivells jeràrquics de la memòria del computador.
• Reproduir manualment el funcionament dels diferents tipus de memòria cache.
• Descriure el funcionament de la memòria virtual.
• Identificar els components del processador, la seva arquitectura, i les seves funcions.
• Convertir instruccions en llenguatge assemblador a codi màquina i viceversa.
• Traduir fragments de programa en llenguatge d'alt nivell a llenguatge assemblador.
• Identificar els components de la unitat de processament del processador i les seves funcions.
• Modificar un disseny bàsic d'unitat de processament per afegir-hi funcionalitat.
• Modelar la unitat de control del processador com un sistema lògic seqüencial.

• Modificar el diagrama d'estats d'una unitat de control per adaptar-lo a les modificacions corresponents de la unitat de processament.

Avaluació

Criteris generals d'avaluació

La nota final de l'assignatura s'obté a partir dels elements següents:

• Nota del control voluntari de mig trimestre: 15% si aquesta nota és superior a la de l'examen final (si no, la nota del control no compta).
• Nota de l'examen final: 40% si la nota del control és superior a aquesta, o 55% si la nota del control no compta.
• Nota dels exercicis realitzats en grup en els seminaris: 15%.
• Nota de les pràctiques per parelles: 30%.

Per aprovar l'assignatura en la convocatòria de març cal que la nota combinada control+examen final sigui igual o superior a 4, que la nota de pràctiques també sigui igual o superior a 4, i que la mitjana ponderada sigui igual o superior a 5.

Per a la convocatòria de setembre se segueix el mateix criteri, usant la nota obtinguda en l'examen de setembre, si s'ha fet, en comptes de la de l'examen final de març, mantenint la mateixa nota de control i de seminaris que al març, i, si és el cas, amb una nova nota de pràctiques.

Avaluació de les pràctiques

Abans de l'inici de la primera pràctica es publicarà la normativa específica per a la realització de les pràctiques de l'assignatura.

Pel que fa a l'avaluació, el lliurament de les pràctiques és obligatori. Si no es lliura alguna pràctica, la nota de pràctiques de l'assignatura serà Suspens.

L'avaluació de les pràctiques es farà a partir dels materials lliurats (estudis previs + pràctiques) i, si és necessari (com en el cas de no assistència a alguna classe), una o més entrevistes per comprovar la comprensió del treball realitzat per cada membre del grup de pràctiques.

En cas de no superar l'assignatura en la convocatòria de març, la nota de pràctiques obtinguda al març es guarda per al setembre. Però si aquesta nota és insuficient per aprovar l'assignatura, per obtenir una nova nota de pràctiques a la convocatòria de setembre caldrà realitzar totes les pràctiques individualment i tenir una entrevista personal amb el professor de pràctiques.

Concreció per competències

Competències a assolir en l'assignatura	Indicador d'assoliment	Procediment d'avaluació	Temporalització
Competències generals
Capacitat d'anàlisi i de síntesi.	Resolució dels problemes d'anàlisi i síntesi de sistemes lògics seqüencials, memòria cache, programes en assemblador, i unitat de processament i de control.	Exercicis dels seminaris, control, examen final.	Durant el trimestre (seminaris), mig trimestre (control), fi del trimestre (examen).
Habilitats bàsiques en l'ús d'eines informàtiques.	Realització de les pràctiques de disseny de sistemes lògics seqüencials, llenguatge assemblador i unitat de control.	Pràctiques.	Durant el trimestre.
Treball en equip.	Realització dels exercicis en grup dels seminaris i de les pràctiques en parella.	Exercicis dels seminaris, pràctiques.	Durant el trimestre.
Capacitat d'aplicar els coneixements en la pràctica.	Resolució dels problemes i realització de les pràctiques.	Exercicis dels seminaris, pràctiques, control, examen final.	Durant el trimestre (seminaris, pràctiques), mig trimestre (control), fi del trimestre (examen).
Competències específiques
Diagrames d'estats i disseny de sistemes lògics seqüencials.	Resolució dels problemes de sistemes lògics seqüencials.	Exercicis dels seminaris, pràctiques, control, examen final.	Primera meitat del trimestre (seminaris, pràctiques), mig trimestre (control), fi del trimestre (examen).
Operacions amb memòria cache.	Resolució dels problemes de memòria cache.	Exercicis dels seminaris, control, examen final.	Primera meitat del trimestre (seminaris), mig trimestre (control), fi del trimestre (examen).
Traducció entre llenguatge assemblador i codi màquina, i de llenguatge d'alt nivell a assemblador.	Resolució dels problemes de llenguatge assemblador.	Exercicis dels seminaris, pràctiques, examen final.	Segona meitat del trimestre (seminaris, pràctiques), fi del trimestre (examen).
Modificacions a la unitat de processament i la unitat de control.	Resolució dels problemes d'unitat de processament i unitat de control.	Exercicis dels seminaris, pràctiques, examen final.	Segona meitat del trimestre (seminaris, pràctiques), fi del trimestre (examen).

 

Continguts

Blocs de contingut

-	Bloc de contingut 1. Sistemes lògics seqüencials.
		Síntesi de sistemes seqüencials.
		Models de Moore i de Mealy.
-	Bloc de contingut 2. Busos d'interconnexió.
		Elements de l'estructura d'un computador i la seva interconnexió.
		Concepte i característiques dels busos.
-	Bloc de contingut 3. Subsistema de memòria.
		Conceptes bàsics del subsistema de memòria.
		Jerarquia de memòria.
		Memòria cache.
		Memòria virtual.
-	Bloc de contingut 4. Nivell de llenguatge màquina.
		Arquitectura del processador.
		Joc d'instruccions i llenguatge assemblador.
		Exemple: la Màquina Rudimentària (MR).
-	Bloc de contingut 5. Unitat de processament del processador.
		Registres i unitat aritmètico-lògica (ALU).
		Exemple: unitat de processament de la MR.
-	Bloc de contingut 6. Unitat de control del processador.
		Disseny de la unitat de control.
		Exemple: unitat de control de la MR.

Organització i concreció dels continguts

Bloc de contingut 1. Sistemes lògics seqüencials.

Conceptes	Procediments	Actituds
Diagrama d'estats Models de Moore i de Mealy	Obtenció d'un diagrama d'estats a partir del funcionament del sistema Síntesi de sistemes seqüencials amb els models de Moore i de Mealy

Bloc de contingut 2. Busos d'interconnexió.

Conceptes	Procediments	Actituds
Característiques dels busos Tipus de busos

Bloc de contingut 3. Subsistema de memòria.

Conceptes	Procediments	Actituds
Estructura de la memòria Nivells jeràrquics de la memòria Polítiques d'emplaçament de la memòria cache Polítiques de reemplaçament de la memòria cache Memòria virtual	Operacions d'accés a memòria cache

Bloc de contingut 4. Nivell de llenguatge màquina.

Conceptes	Procediments	Actituds
Arquitectura del processador Joc d'instruccions Llenguatge màquina Llenguatge assemblador	Traducció entre llenguatge assemblador i codi màquina Traducció de llenguatge d'alt nivell a llenguatge assemblador

Bloc de contingut 5. Unitat de processament del processador.

Conceptes	Procediments	Actituds
Unitat de processament Registres Unitat aritmètico-lògica (ALU)	Modificacions al disseny d'una unitat de processament

Bloc de contingut 6. Unitat de control del processador.

Conceptes	Procediments	Actituds
Unitat de control Estats de la unitat de control	Modificacions al diagrama d'estats d'una unitat de control

Metodologia

Enfocament metodològic de l'assignatura

Les activitats a realitzar per l'estudiant consisteixen en l'assistència a les classes de teoria i l'estudi dels temes que s'hi imparteixen, la preparació i la participació en els exercicis a realitzar en les classes de seminari, l'estudi previ i la realització de les pràctiques, i la preparació per a l'examen final, fins al total de 100 hores corresponents als 4 crèdits ECTS. D'aquestes 100 hores, aprox. 1/3 són presencials (18 hores de classe de teoria, 8 hores de seminaris, i 12 hores de pràctiques), i els altres 2/3 són de treball fora de l'aula.

A les classes de teoria es presenten els conceptes de l'assignatura i es detallen els mètodes per aplicar aquests conceptes. A les classes de seminari es realitzaran activitats en grups d'unes 4 persones, centrades en la realització d'exercicis i resolució de problemes, a partir d'uns enunciats plantejats amb antelació i que s'hauran d'haver preparat abans de cada seminari. Les activitats dels seminaris es realitzaran de manera interactiva i amb la possibilitat de resoldre dubtes amb el professor, i també amb la possibilitat que el professor plantegi sobre la marxa variants dels problemes originals a resoldre per cada grup. I a les classes pràctiques, es realitzaran pràctiques per parelles a l'aula d'ordinadors, els enunciats de les quals també s'hauran plantejat amb antelació i de les quals caldrà haver preparat un estudi previ abans de la classe.

Organització temporal: sessions, activitats d'aprenentatge i temps estimat de dedicació

Període temporal	Tipus de sessions i activitats	Temps estimat de dedicació
(setmana)	d'aprenentatge	(hores)
Setmana 1	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2.5
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal	5
Setmana 2	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Petit grup     Seminaris	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 3	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Parelles     Pràctiques	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 4	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Petit grup     Seminaris	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 5	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Parelles     Pràctiques	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 6	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	1.5
	Parelles     Pràctiques	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	3 4
Setmana 7	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Petit grup     Seminaris	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 8	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Parelles     Pràctiques	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 9	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Gran grup     Classes de teoria	2
	Petit grup     Seminaris	2
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom     Treball personal     Activitat dirigida	4 4
Setmana 10	Dins de l'aula (presencial) Agrupament (gran grup, petit grup, parelles i individual) Parelles     Pràctiques	4
	Fora de l'aula (no presencial) Autònom      Activitat dirigida	8

Fonts d'informació i recursos didàctics

Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia bàsica (suport paper i electrònic)

• HERMIDA, R.; DEL CORRAL, A. M.; PASTOR, E.; SÁNCHEZ, F.: Fundamentos de computadores
• STALLINGS, W.: Organización y arquitectura de computadores: diseño para optimizar prestaciones (5^a ed.)
• HEURING, V.; JORDAN, H.: Computer systems design and architecture

Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia complementària (suport paper i electrònic)

• PATTERSON, D.; HENNESSY, J.: Estructura y diseño de computadores. Interficie circuitería/programación
• TANENBAUM, A.: Structured computer organization (4^th ed.)

Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia de reforç (suport paper i electrònic)

Recursos didàctics. Material docent de l'assignatura

-	Resum dels temes de teoria
-	Resum dels esquemes de traducció llenguatge d'alt nivell / llenguatge assemblador de la MR
-	Resum del llenguatge màquina de la MR
-	Esquema dels estats de la unitat de control bàsica i la unitat de control optimitzada de la MR
-	Enunciats de problemes
-	Enunciats de pràctiques

Recursos didàctics. Materials i eines de suport

-	Manual del simulador de la MR
-	Eines alternatives per a la simulació de la MR

Programació d'Activitats

	Activitat dins de l'aula			Activitat fora de l'aula			Lliurament
							Activitats d'avaluació
Setmana	Activitats d'aprenentatge	Recursos didàctics	Temps estimat	Activitats d'aprenentatge	Recursos didàctics	Temps estimat	Tipus	Caràcter (obligatòria/optativa)	Temps estimat
1	Classe de teoria 1: Introducció. Sistemes lògics seqüencials (1)		2.5 h	Repàs de la classe de teoria		5 h
2	Classe de teoria 2: Sistemes lògics seqüencials (2). Busos		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Seminari 1: Sistemes lògics seqüencials		2 h	Preparació del seminari		4 h	Exercicis del seminari	Optatiu
3	Classe de teoria 3: Memòria (1)		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Pràctica 1: Sistemes lògics seqüencials (1)		2 h	Estudi previ de la pràctica		4 h	Estudi previ i pràctica realitzada	Obligatori
4	Classe de teoria 4: Memòria (2)		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Seminari 2: Memòria		2 h	Preparació del seminari		4 h	Exercicis del seminari	Optatiu
5	Classe de teoria 5: Llenguatge assemblador (1)		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Pràctica 2: Sistemes lògics seqüencials (2)		2 h	Estudi previ de la pràctica		4 h	Estudi previ i pràctica realitzada	Obligatori
6	Control de mig trimestre		1.5 h	Preparació del control		3 h	Control de mig trimestre	Optatiu
	Pràctica 3: Sistemes lògics seqüencials (3)		2 h	Estudi previ de la pràctica		4 h	Estudi previ i pràctica realitzada	Obligatori
7	Classe de teoria 6: Llenguatge assemblador (2)		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Seminari 3: Llenguatge assemblador		2 h	Preparació del seminari		4 h	Exercicis del seminari	Optatiu
8	Classe de teoria 7: Unitat de processament		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Pràctica 4: Llenguatge assemblador (1)		2 h	Estudi previ de la pràctica		4 h	Estudi previ i pràctica realitzada	Obligatori
9	Classe de teoria 8: Unitat de control		2 h	Repàs de la classe de teoria		4 h
	Seminari 4: Unitat de processament. Unitat de control		2 h	Preparació del seminari		4 h	Exercicis del seminari	Optatiu
10	Pràctica 5: Llenguatge assemblador (2)		2 h	Estudi previ de la pràctica		4 h	Estudi previ i pràctica realitzada	Obligatori
	Pràctica 6: Unitat de control		2 h	Estudi previ de la pràctica		4 h	Estudi previ i pràctica realitzada	Obligatori