G4011228 - Arquitectura de Computadores (Enxeñaría de Computadores) - Curso 2013/2014

Información

• Créditos ECTS
• Créditos ECTS: 4.50
• Total: 4.5
• Horas ECTS
• Clase Expositiva: 18.00
• Clase Interactiva Laboratorio: 22.00
• Horas de Titorías: 1.00
• Total: 41.0

Outros Datos

• Tipo: Materia Ordinaria Grao RD 1393/2007
• Departamentos: Electrónica e Computación
• Áreas: Arquitectura e Tecnoloxía de Computadores
• Centro: Escola Técnica Superior de Enxeñaría
• Convocatoria: 2º Semestre de Titulacións de Grao/Máster
• Docencia e Matrícula: null

Profesores

Nome	Coordinador
ANTELO SUAREZ, ELISARDO.	SI

Horarios

Nome	Tipo Grupo	Tipo Docencia	Horario Clase	Horario exames
Grupo CLE01	Ordinario	Clase Expositiva	SI	SI
Grupo CLIL_01	Ordinario	Clase Interactiva Laboratorio	SI	SI
Grupo CLIL_02	Ordinario	Clase Interactiva Laboratorio	SI	SI
Grupo TI-ECTS01	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS02	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS03	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS04	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON

Programa

Existen programas da materia para os seguintes idiomas:

Castelán

Galego

Inglés

Obxectivos da materia
Esta materia ten como obxectivo dar a coñecer aos estudantes a arquitectura dos micropocesadores actuais a as perspectivas tecnolóxicas cara o futuro. Faráse especial énfase nas arquitecturas multinúcleo. Un obxectivo prioritario constitúeo tamén o coñecemento da relación directa entre os diferentes elementos da arquitectura do procesador e o rendemento que é posible acadar mediante a programación.


Contidos
PROGRAMA

O programa teórico desenvolveráse nun total de 18 clases maxistrais. Dedícanse un total de 22 horas de clase a resolución e discusión de casos e realización de prácticas.

TEORÍA

Tema 1: Procesadores Multinúcleo e Perspectivas de Escalamento. (4 horas)

- Modelo de escalamento de prestacións: núcleos de procesamento, organización multinúcleo e influenza do subsistema de memoria.
- Posibles escenarios para o escalamento de prestacións en sistemas multinúcleo.
- Exemplos de procesadores multinúcleo.

Obxectivo: introducir un modelo de escalamento de presacións que permita cuantificar o escalamento de futuros procesadores multinúcleo, e descripcións de sistemas multinúcleo comerciais. Ademais explicar de xeito cuantitativo a necesidade dos procesadores multinúcleo fronte aos dun só núcleo.

Tema 2: Subsistemas de Memoria e Inteconexión (3 horas)

- Chips de memoria: arquitectura, ancho de banda e latencia.
- Subsistema de Interconexión: canles punto a punto e serie; escalamento; QPI e HT.
- Subsistema de Memoria: DDR2, DDR3, FBDIMM.

Obextivo: introducir os conceptos básicos a nivel de sistema no que atinxe ao sistema de memoria é o sistema de interconexión co procesador. Amósanse as limitacións fundamentais do subsistema de memoria en termos de latencia e ancho de banda, e revisanse as solucións comerciais existentes.


Tema 3: Núcleos de Procesamento: Segmentación (Pipelining) (3 horas)

- Conceptos básicos.
- Conflictos: estructurales, de datos e de control (saltos).
- Implementación básica: camiño de datos e control.
- Excepción e operacións multiciclo.
- Exemplos.

Obxectivo: dar a coñecer os principios básicos da segmentación nos núcleos de procesamento e as súas limitacións.


Tema 4: Núcleos de Procesamento: Paralelismo a Nivel de Instrucción (5 horas)

- Ténicas básicas baseadas no compilador para atopar ILP.
- Predicción de saltos.
- Planificación dinámica de instruccións.
- Especulación hardware.
- Núcleos de procesamento VLIW.
- Núcleos de procesamento Superscalares.
- Limitación no paralelismo a nivel de instrucción: estudos cuantitativos.

Obxectivo: dar a coñercer as diferentes técnicas que se aplican aos procesadores segmentados para poder aumentar a tasa de instruccións por ciclo que retira o procesador, estudando tanto técnicas estáticas como dinámicas. Ademais resulta de especial interese dar a coñecer os límite de prestacións que se poden obter con estas técnicas.

Tema 5: Subsistema de Memoria Compartida (3 horas).

- Organización da memoria cache en sistemas multinúcleo.
- Sistemas de interconexión dentro do sistema.
- Coherencia cache con protocolos “Snooping”
- Coherencia cache basada en directorios.
- Estudos de prestacións.
- Mecanismos de sincronización: locks, memoria transacional.
- API para programación de sistemas multinúcleo: multithreading.

Obxectivo: dar a coñecer a organización básica e interface de programación dos sistemas multinúcleo de memoria compartida.

PROBLEMAS E RESOLUCIÓN DE CASOS (6 horas)

Dedicaranse 6 horas de clase á resolución de problemas e cuestións en relación aos diferentes temas de teoría, e discusión de artigos relacionados coa materia.


PRÁCTICAS


BLOQUE 1: Influenza do sistema de memoria cache nas prestacións (6 horas)

Obxectivo: Facer experimentos para caracterizar os sistemas de memoria cache e a súa influenza nas prestacións dun programa.


BLOQUE 2: Optimización de prestacións en sistemas multinúcleo (10 horas).

Obxectivo: Adquirir unha idea básica da interface co programador dos sistemas multinúcleo de memoria compartida utilizando OpenMP. Adquirir unha idea básica das extensións para procesamento vectorial dos núcleos actuais (extensión SSE, etc). Optimizar unha aplicación sinxela utilizando OpenMP e as extensións SSE, caracterizando o incremento de velocidade na execución do programa.





Bibliografía básica e complementaria
Básica.

J.L. Hennessy and D.A. Patterson, “Computer Architecture: A Quantitative Approach”, Morgan Kaufmann, 2011.

Esta referencia é un clásico na docencia en arquitectura de computadores, e cubre extensamente todos os tópicos que se estudan nesta materia.

E. Antelo, “Notas de Clase para a materia Arquitectura de Computadores”.

Notas de clase que constitúen o material básico que se estudará no curso.

Complementaria:

J.P. Shen and M.H. Lipasti, “Modern Processor Design: Fundamentals of Superscalar Processors”, McGraw Hill, 2005.

Referencia interesante que tamén cubre gran parte dos contidos da materia, con énfase nos procesadores superscalares.

Competencias
Contribuír a acadar as competencias recollidas na memoria do título de Grao en Enxeñería Informática na USC (CG4, CG6, CG9, TR1, TR2, TR3, FB5, RI1, RI2, RI9, RI14, TI2).


Competencias asociadas ao módulo de enxeñería de computadores dentro do grao:

- Adquirir unha visión completa da arquitectura e organización dos microprocesadores actuais dende os sistemas monoprocesador clásicos até os sistemas multinúcleo.
Metodoloxía da ensinanza
Clases maxistrais (18 horas): Nestas clases o profesor desenvolverá dun xeito resumido os contidos do programa teórico. Os alumnos poderán acceder o material que se expoñerá na clase con antelación, polo que se espera que o alumno participe na discusión dos conceptos que se traten. O profesor promoverá un ambiente participativo e asignaralle a algúns alumnos algunhas partes do programa para que as expliquen.

Clases prácticas (16 horas): estas clases dedicaránse a desenvolver o programa de prácticas da materia. Os alumnos serán o elemento activo nestas clases, e o profesor guiará a aprendizaxe ante as cuestións e dúbidas plantexadas polo alumnos. Os enunciados das prácticas, así como o material de axuda (tutoriales, etc) estarán dispoñibles no campus virtual da USC.

Clases para resolución de exercicios (6 horas): nestas clases resolveránse os problemas e cuestións que se plantexen asociadas aos diferentes temas. O obxectivo é que estes exercicios sirvan de elemento motivador para o estudo da materia. Os alumnos deben levar a iniciativa destas clases, xa que se espera que traian resoltos gran parte dos problemas. Os alumnos aportarán as solucións que propuxeron e debatirase sobre os resultados.

As titorías poderán ser presenciais (horario a determinar en acordo con alumnos, no despacho 22 do Departamento de Electrónica e Computación ou nos lugares que especifique o centro) ou a través de correo electrónico (á dirección elisardo.antelo@usc.es).

Sistema de evaluación
Convocatoria ordinaria:

Contribución á nota final e criterios de avaliación (sobre 10 puntos):

- Resolución de problemas e cuestións (2p): os alumnos poderán entregar problemas e cuestións durante o desenvolvemento do curso. A data límite para a entrega está dada polo día de corrección na clase das correspondentes tarefas. Estas datas serán comunicadas xa ao principio do cuadrimestre. En cada boletín especificaráse o sistema de puntuación.
- Prácticas (4p): valoraráse o grao de cumprimento das especificacións, a metodoloxía e rigurosidade, e presentación de resultados.
- Exame (4p): ao final do cuadrimestre realizaráse un exame sobre os contidos teóricos da materia. Este exame será de cuestións cortas para determinar o grao de asimilación dos diferentes conceptos discutidos nos catro temas.

Non existe un mínimo a acadar en ningunha das partes. Para superar a materia, debe acadarse unha puntución de 5 ou superior.

Os alumnos que non sexan de nova matrícula non conservan notas de cursos anteriores.

Convocatoria extraordinaria: non será posible contabilizar na nota a entrega de problemas e cuestións se estes non foron entregados en prazo durante o desenvolvemento do curso. Neste caso a distribución de nota será do seguinte modo:

Exame (6p) e Prácticas (4p).

Para os alumnos que entregasen en prazo durante os curso os problemas e cuestións, os criterios de avaliación serán os mesmos que os da convocatoria ordinaria.

Condición para cualificación de non presentado: non presentar ningunha práctica e non presentarse ao exame.


As titorías, as discusións na clase, e a interacción nas clases prácticas permitiranlle ao profesor coñecer de xeito informal o grao de asimilación da materia que van acadando as alumnas/os ao longo do cuadrimestre.


Tempo de estudo e traballo persoal
Con 4.5 créditos ECTS, o traballo persoal do alumno debe ser dunhas 67.5 horas, distribuídas do seguinte xeito:

- Estudo autónomo: 25 horas, dedicadas á asimilacíon dos contidos teóricos, e preparación de asignacións por parte do profesor para desenvolver na clase algunha das partes do programa teórico.
- Escritura de exercicios, conclusións e outros traballos: 12 horas, fundamentalmente dedicadas á preparación dos problemas e exercicios.
- Programación/experimentación: 20 horas, dedicadas á resolución das prácticas e preparación de resultados para a súa presentación.
- Actividades de avaliación: 10.5 horas, dedicadas á realización do exame e actividades adicionais relacionadas coa avaliación de prácticas e exercicios.

A programación da materia será de tal xetio que a distribución do número de horas de traballo persoal ao longo do cuadrimestre sexa o máis uniforme posible. A distribución deste esforzo pode variar ao longo do cuadrimestre, en especial na etapa de elaboración e presentación de resultados de prácticas, problemas e exercicios.



Recomendacións para o estudo da materia
A materia está deseñada para que o alumno participe activamente e de xeito regular durante o seu desenvolvemento.


Observacións
A entrega dos materiais do curso e as comunicacións electrónicas cos alumnos levarase a cabo coa ferramenta do campus virtual da USC.

A materia impártese en Galego (clases e material).