ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI E LABORATORIO M - Z

9 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

EMILIANO ALESSIO TRAMONTANA - Modulo ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI - INF/01 - 6 CFU
NINO CAULI - Modulo LABORATORIO - INF/01 - 3 CFU

Obiettivi formativi

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
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.
LABORATORIO
Conoscenza e capacità di comprensione: acquisire conoscenza e capacità di comprensione dei concetti fondamentali di architettura 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 progetto 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, anche con interlocutori non esperti.

Capacità di apprendimento: sviluppare capacita di adattamento delle proprie conoscenze alla rapida evoluzione della disciplina e di aggiomamento mediante la consultazione di fonti specialistiche del settore.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
Lezioni frontali, esempi e esercizi svolti in aula.

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.
LABORATORIO
- Lezioni frontali
- Esercitazioni in aula

Prerequisiti richiesti

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
Nessub prerequisito richiesto.
LABORATORIO
Nessun prerequisito è richiesto.

Frequenza lezioni

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
Per una piena comprensione degli argomenti del corso e delle tecniche presentate, la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è fortemente consigliata.
LABORATORIO
Per una piena comprensione degli argomenti del corso e delle tecniche presentate, la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è fortemente consigliata.

Contenuti del corso

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
1. Finalità e organizzazione dello studio. Macchine da calcolo: cenni storici.
2. Macchine da calcolo: unità funzionali, architetture.
3. Strutture algebriche, algebre di Boole.
4. Realizzazione di porte logiche, circuiti sequenziali, flip-flop.
5. Architetture RISC e CISC, modi d'indirizzamento, esempi di ISA reali.
6. Tipi e formati di istruzioni, esempi di linguaggi assemblativi reali.
7. Operazioni di I/O, controllo e servizio delle interruzioni.
8. Software di supporto, linguaggi assemblativi e C, sistema operativo.
9. Struttura di base del processore, microarchitetture RISC e CISC.
10. Processori ad alte prestazioni, tecniche predittive, processori superscalari.
11. Dispositivi di memoria principale, DMA, gerarchia delle memorie, memoria cache.
12. Circuiti efficienti per l'aritmetica binaria.
LABORATORIO
1. Esercitazione su sistema binario e sui sistemi di rappresentazione
2. Esercitazione su analisi e sintesi di funzioni logiche
3. Esercitazione su circuiti sequenziali
4. Esempio di ALU
5. Esercitazione programmi assembly calcolo prodotto scalare e ricerca minimo
6. Esercitazione di programmazione assembly per chiamata a sottoprogramma
7. Esercitazione sulla struttura dei processori RISC e CISC
8. Esercitazione sul pipelining
9. Esercitazione interfacce di I/O
10. Esercitazione Circuiti aritmetici
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.

Testi di riferimento

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
C. Hamacher, Z. Vranesic, S. Zaky & N. Manjikian : Introduzione all'architettura dei calcolatori. Terza edizione, McGraw-Hill Education (Italy), 2013
LABORATORIO
1. C. Hamacher, Z. Vranesic, S. Zaky & N. Manjikian : Introduzione all'architettura dei calcolatori. Terza edizione, McGraw-Hill Education (Italy), 2013
2. Note integrative fornite dal docente durante lo sviluppo delle lezioni.

Altro materiale didattico

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
https://www.dmi.unict.it/tramonta/ae/index.html
LABORATORIO
Home page del Docente: https://nigno17.github.io/

Programmazione del corso

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Finalità e organizzazione dello studio. Macchine da calcolo: cenni storici.	C. 1
2	Macchine da calcolo: unità funzionali, architetture	C. 1
3	Strutture algebriche, algebre di Boole.	C. 2
4	Realizzazione di porte logiche, circuiti sequenziali, flip-flop.	A
5	Architetture RISC e CISC, modi d'indirizzamento	C. 2
6	Tipi e formati di istruzioni, esempi di linguaggi assemblativi	C.2
7	Operazioni di I/O, controllo e servizio delle interruzioni.	C. 3
8	Software di supporto, linguaggi assemblativi e C, sistema operativo	C. 4
9	Struttura di base del processore, microarchitetture RISC e CISC	C. 5
10	Processori ad alte prestazioni, tecniche predittive, processori superscalari	C. 6
11	Dispositivi di memoria principale, DMA, gerarchia delle memorie, cache	C. 8
12	Circuiti efficienti per l'aritmetica binaria	C. 9
LABORATORIO
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Esercitazione su sistema binario e sui sistemi di rappresentazione	Capitolo 1 (1.4-1.5)
2	Esercitazione su analisi e sintesi di funzioni logiche	Appendice A (A.1-A4)
3	Esercitazione su circuiti sequenziali	Appendice A (A.5-A.10)
4	Esempio di ALU	Capitolo 9 (9.1)
5	Esercitazione programmi assembly calcolo prodotto scalare e ricerca minimo	Capitolo 2 (2.1-2.5, 2.11, App 2.1-2.2(ARM))
6	Esercitazione di programmazione assembly per chiamata a sottoprogramma	Capitolo 2 (2.6-2.10, 2.12-2.13 App 2.3-2.4(ARM))
7	Esercitazione sulla struttura dei processori RISC e CISC	Capitolo 5
8	Esercitazione sul pipelining	Capitolo 6
9	Esercitazione interfacce di I/O	Capitolo 7
10	Esercitazione Circuiti aritmetici	Capitolo 9 (9.1-9.4, 9.6-9.8)

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
Prova scritta e colloquio orale.
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.
LABORATORIO
- 1. prova scritta
  2. colloquio orale di convalida
  3. presentazione e discussione di un progetto (opzionale)
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

ARCHITETTURA DEGLI ELABORATORI
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
LABORATORIO
Home page del Docente: https://nigno17.github.io/

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