• Descripció

Aquesta assignatura amplia els conceptes que s'han vist a l'assignatura de Fonaments de Computadors. Per tant, es pressuposa que l'estudiant té assolits uns coneixements base, com ara les diverses formes de representar la informació dins del computador, els diferents tipus de circuits que el constitueixen i l'estructura bàsica d'un computador senzill.

Estructura de Computadors s'endinsa una mica més en l'interior del computador amb la pretensió de donar una visió de la màquina bàsica analitzant aspectes bàsics de l'estructura del computador i des de la perspectiva del programador de llenguatges de baix nivell. La programació que es realitzarà serà en assemblador fent crides a funcions en C per tal de poder utilitzar les funcions d'E/S i les estructures pròpies de C i incloure crides a subrutines que estaran programades en assemblador. Per a un bon seguiment de l'assignatura és recomanable tindre uns coneixements bàsics d'algorítmica i programació.

• L'assignatura en el conjunt del pla d'estudis

Aquesta assignatura té una forta relació amb l'assignatura prèvia, Fonaments de Computadors del Grau d'Enginyeria Informàtica. Aquesta assignatura tracta d'ampliar coneixements sobre aquells components del maquinari que un programador necessita conèixer per a portar  a terme la seva tasca, el processament de la informació dins del computador.

Posteriorment a Estructura de Computadors, els alumnes que vulguin aprofundir una mica més, podran cursar les assignatures d'Arquitectura de Computadors i Arquitectura de Computadors Avançades.

• Coneixements previs

Els prerequisits establerts és haver cursat, anteriorment, l'assignatura Fonaments de Computadors.

També es recomana haver cursat les assignatures de l'àrea de Programació o tenir uns coneixements bàsics d'algorísmica i programació.

• Informació prèvia a la matrícula

• Objectius i competències

Les competències que es desenvoluparan amb l'aprenentatge d'aquesta assignatura són:

Específiques Grau Enginyeria Informàtica

- Capacitat per a identificar els elements de l'estructura i els principis de funcionament d'un ordinador.

- Capacitat per a analitzar l'arquitectura i l'organització dels sistemes i aplicacions informàtiques en xarxa.

- Conèixer les tecnologies de comunicacions actuals i emergents i saber-les aplicar convenientment per a dissenyar i desenvolupar solucions basades en sistemes i tecnologies de la informació.

Generals

- Capacitat d'anàlisi  i síntesi.

- Resolució de problemes.

- Capacitat d'organització i planificació.

- Comunicació escrita.

- Raonament crític.

Qualsevol pràctica professional relacionada amb els estudis necessitarà de coneixements de maquinari. Per tant, es tracta d'adquirir els conceptes necessaris per a entendre què és un computador i poder desenvolupar qualsevol activitat professional del seu entorn.

• Continguts

MÒDUL 1: El computador 

1. El computador

1.1. Arquitectura i organització del computador

1.2. Tipus d'arquitectures

2. Arquitectura Von Neumann

2.1. Processador

2.2. Memòria i unitats d'E/S

2.3. Sistema d'interconnexió

3. Arquitectura Harvard

3.1. Microcontroladors

3.2. Processador de senyals digitals

4. Evolució dels computadors

4.1. Evolució del processador

4.2. Evolució del sistema de memòria

4.3. Evolució del sistema d'interconnexió

4.4. Evolució del sistema d'E/S

4.5. Microprocessadors multinucli

MÒDUL 2:  Joc d'instruccions

1. Joc d'instruccions

1.1. Cicle d'execució

1.2. Arquitectura del joc d'instruccions

1.3. Representació del joc d'instruccions

1.4. Format de les instruccions

1.5. Operands

1.6. Tipus d'instruccions

1.7. Disseny del joc d'instruccions

2. Modes d'adreçament

2.1. Adreçament immediat

2.2. Adreçament directe

2.3. Adreçament indirecte

2.4. Adreçament relatiu

2.5. Adreçament implícit

MÒDUL 3:  El processador

1. Organització del processador

2. Cicle d'execució de les instruccions

2.1. Segmentació de les instruccions

3. Registres

3.1. Registres de propòsit general

3.2. Registres d'instrucció

3.3. Registres d'accés a memòria

3.4. Registres d'estat i de control

4. Unitat aritmètica i lògica

5. Unitat de control

5.1. Microoperacions

5.2. Senyals de control i temporització

5.3. Unitat de control cablejada

5.4. Unitat de control microprogramada

5.5. Comparació: unitat de control microprogramada i cablejada

6. Computadors CISC i RISC

MÒDUL 4: Sistema de Memòria

1. Característiques de les memòries

1.1. Localització de la memòria

1.2. Capacitat de la memòria

1.3. Mètodes d'accés

1.4. Organització de les dades d'una memòria

1.5. Temps d'accés i velocitat

1.6. Cost

1.7. Característiques físiques

2. Jerarquia de memòries

2.1. Registres

2.2. Memòria interna

2.3. Memòria externa

2.4. Memòria virtual

2.5. Funcionament de la jerarquia de memòries

3. Memòria cau

3.1. Encerts i fallades

3.2. Rendiment de la memòria cau

3.3. Línia de memòria cau

3.4. Polítiques d'assignació

3.5. Algorismes de reemplaçament

3.6. Comparativa entre diferents sistemes de memòria cau

3.7. Polítiques d'escriptura

4. Memòria interna

4.1. Memòria volàtil

4.2. Memòria no volàtil

5. Memòria externa

5.1. Discos magnètics

5.2. Cinta magnètica

5.3. Memòria flaix

5.4. Disc òptic

5.5. Xarxa

MÒDUL 5: Sistemes d'E/S 

1. Aspectes bàsics de l'E/S

1.1. Estructura del sistema d'E/S del computador

1.2. Operació d'E/S

1.3. Gestió de múltiples dispositius

1.4. Tècniques d'E/S

2. E/S programada

2.1. Gestió de múltiples dispositius

3. E/S amb interrupcions

3.1. Gestió d'una interrupció amb un únic mòdul d'E/S

3.2. Gestió d'interrupcions amb múltiples mòduls d'E/S

3.3. Sistema amb una única línia de petició d'interrupció

3.4. Sistema amb una línia de petició d'interrupció i una línia de reconeixement amb encadenament

3.5. Sistema amb línies independents de petició d'interrupcions i de reconeixement

3.6. Sistema amb controladors d'interrupcions

4. E/S amb accés directe a memòria

4.1. Accés concurrent a memòria

4.2. Operació d'E/S amb accés directe a memòria

4.3. Controladors de DMA

4.4. Controlador de DMA en mode ràfega

4.5. Canals d'E/S

5. Comparació de les tècniques d'E/S

MÒDUL 6: Programació en assemblador

1. Arquitectura del computador

1.1. Modes d'operació

1.2. El mode de 64 bits

2. Llenguatges de programació

2.1. Entorn de treball

3. El llenguatge d'assemblador per a l'arquitectura x86-64

3.1. Estructura d'un programa en assemblador

3.2. Directives

3.3. Format de les instruccions

3.3.1. Etiquetes

3.4. Joc d'instruccions i modes d'adreçament

4. Introducció al llenguatge C

4.1. Estructura d'un programa en C

4.2. Elements d'un programa en C

5. Conceptes de programació en assemblador i C

5.1. Accés a dades

5.2. Operacions aritmètiques

5.3. Control de flux

5.4. Subrutines i pas de paràmetres

5.5. Entrada/sortida

5.6. Controlar la consola

5.7. Funcions del sistema operatiu (system calls)

6. Annex: manual bàsic del joc d'instruccions

MÒDUL 7: Arquitectura CISCA

1. Organització del computador

1.1. Processador

1.2. Memòria principal

1.3. Unitat d'entrada/sortida (E/S)

1.4. Sistema d'interconnexió (bus)

2. Joc d'instruccions

2.1. Operands

2.2. Modes d'adreçament

2.3. Instruccions

3. Format i codificació de les instruccions

3.1. Codificació del codi d'operació. Byte B0

3.2. Codificació dels operands. Bytes B1-B10

3.3. Exemples de codificació

4. Execució de les instruccions

4.1. Lectura de la instrucció

4.2. Lectura dels operands font

4.3. Execució de la instrucció i emmagatzematge de l'operand destinació

4.4. Comprovació d'interrupcions

4.5. Exemples de seqüències de microoperacions

4.6. Exemple de senyals de control i temporització

• Consulta dels recursos d'aprenentatge de què disposa l'assignatura

• Recursos d'aprenentatge i eines de suport

L'estudiant rebrà en paper, mitjançant tramesa per correu, els materials didàctics corresponents a tots els mòduls de l'assignatura. Aquest mateix material romandrà disponible en format electrònic dins l'apartat Material de l'assignatura. L'estudiant podrà trobar exàmens, pràctiques i Proves d'Avaluació Continuada (PAC) de cursos anteriors en el cas de que l'assignatura ja porti un parell de semestres en rodatge, així com altres eines de suport, dins de l'apartat Eines i elements de suport. Ambdós apartats es troben dins l'espai de Recursos de l'Aula Virtual.

A més, en aquesta assignatura s'utilitzaran les eines de suport següents:

1.- El programari necessari per a fer la pràctica:

És un Sistema Operatiu Linux Mint (basat en Ubuntu) de 64 bits sobre el qual instal·larem les eines necessàries per a realitzar les pràctiques. La instal·lació d'aquest Sistema Operatiu es farà sobre un l'entorn de virtualització (VirtualBox), per a treballar amb aquest entorn l'ordinador ha de disposar d'un processador de 64 bits amb suport de virtualització. Aquest entorn de virtualització es podrà executar des de Windows, Linux i Mac OS.

Els que treballin directament amb Linux de 64 bits podran instal·lar aquestes eines i no caldrà que treballin amb una MV.

 
2.- Les eines que utilitzarem seran:

- Editor de text (geany)

- Assemblador (yasm)

- Enllaçador (ld)

- Compilador de C (gcc)

- Depurador (kdbg)

• Informacions sobre l'avaluació a la UOC

La Normativa acadèmica de la UOC disposa que el procés d'avaluació es fonamenta en el treball personal de l'estudiant i pressuposa l'autenticitat de l'autoria i l'originalitat dels exercicis fets.

La manca d'originalitat en l'autoria o el mal ús de les condicions en què es fa l'avaluació de l'assignatura és una infracció que pot tenir conseqüències acadèmiques greus.

Es qualificarà l'estudiant amb un suspens (D/0) si es detecta manca d'originalitat en l'autoria d'alguna activitat avaluable (pràctica, prova d'avaluació contínua (PAC) o final (PAF), o la que es defineixi al pla docent), sigui perquè ha utilitzat material o dispositius no autoritzats, sigui perquè ha copiat textualment d'internet, o ha copiat d'apunts, de materials, de manuals o d'articles (sense la citació corresponent), d'altres estudiants, o per qualsevol altra conducta irregular.

La qualificació de suspens (D/0) en les qualificacions finals d'avaluació contínua pot comportar l'obligació de fer l'examen presencial per a superar l'assignatura (si hi ha examen i si superar-lo és suficient per a superar l'assignatura segons indiqui el pla docent).

Quan aquesta mala conducta es produeixi durant la realització de les proves d'avaluació finals presencials, l'estudiant pot ser expulsat de l'aula, i l'examinador farà constar tots els elements i la informació relatius al cas.

D'altra banda, aquesta conducta pot donar lloc a la incoació d'un procediment disciplinari i l'aplicació, si escau, de la sanció que correspongui.

La UOC habilitarà els mecanismes que consideri oportuns per a vetllar per la qualitat de les seves titulacions i garantir l'excel·lència i la qualitat del seu model educatiu.

• Consulta del model d'avaluació