Guía docente
Objetivos
Temario
Descripción de temas
Metodología
OBJETIVOS
En esta asignatura se estudian los siguientes subsistemas de un computador: la unidad de control, la unidad aritmético/lógica, la estructura de memoria principal, el subsistema de entrada/salida y la conexión entre subsistemas mediante buses. Al cursar la asignatura, el alumnado adquirirá las siguientes competencias específicas de la materia, es decir, deberá ser capaz de:
- Modificar la unidad de proceso de un computador para poder ejecutar nuevas instrucciones y escribir el microprograma correspondiente para obtener un funcionamiento correcto.
- Analizar circuitos y algoritmos aritméticos para comparar rendimientos (tiempos de retardo).
- Analizar el rendimiento del sistema de memoria para evaluar su influencia en las prestaciones de un computador.
- Programar aplicaciones de entrada/salida para el control del entorno (programación dirigida por eventos hardware).
- Controlar el funcionamiento de periféricos estándar de un computador.
- Analizar diferentes protocolos de buses para determinar su influencia en el rendimiento de las transferencias de datos en el computador.
Además de dichas competencias, se trabajan también determinadas competencias generales de las que se contemplan en el perfil de la titulación, específicamente dentro del área de Arquitectura de Computadores:
- Capacidad para entender y evaluar especificaciones internas y externas.
- Conocimiento de productos tecnológicos y tendencias de la tecnología, asociados al segmento de mercado.
- Evaluación de requisitos hardware. Tecnología hardware.
- Conocimiento de métodos y herramientas para el diseño y desarrollo de sistemas basados en computadores.
Finalmente, se trabajan las siguientes competencias transversales:
- Capacidad de análisis y síntesis.
- Capacidad de organización y planificación.
- Resolución de problemas.
- Trabajo en grupo.
- Razonamiento crítico.
- Adaptación a nuevas situaciones.
TEMARIO
0.- REVISIÓN DE CONCEPTOS. ESTRUCTURA DE UN COMPUTADOR VON-NEUMANN
1.- CPU: UNIDAD DE CONTROL.
1.1.- Unidad de control cableada.
1.2.- Unidad de control microprgramada.
2.- CPU: UNIDAD ARITMÉTICO/LÓGICA. ALGORITMOS Y CIRCUITOS PARA LAS OPERACIONES BÁSICAS.
2.1.- Sistemas de representación.
2.2.- Suma.
2.3.- Producto.
2.4.- División.
2.5.- Coma flotante.
3.- LA MEMORIA.
3.1.- Introducción. Tipos de memoria.
3.2.- Conexiones entre módulos de memoria: módulos consecutivos y módulos entrelazados.
3.3.- Segmentación y paginación.
3.4.- Traducción de direcciones: el TLB. Memoria virtual.
4.- SUBSISTEMA DE ENTRADA/SALIDA.
4.1.- Descripción de la interfaz de entrada/salida.
4.2.- Comunicación y sincronización en las operaciones de entrada/salida: encuestas e interrupciones.
4.3.- Gestión de los periféricos del i80x86.
4.4.- DMA: acceso directo a memoria.
5.- CONEXIÓN ENTRE SUBSISTEMAS: BUSES.
5.1.- Introducción: definición y clasificación. Jerarquía de buses.
5.2.- Protocolos de transmisión: síncrono, asíncrono, ...
5.3.- Arbitraje del bus.
5.4.- Ejemplos de buses comerciales.
6.- ANÁLISIS DE COMPONENTES Y PERIFÉRICOS ESTÁNDAR DE UN ORDENADOR PERSONAL
6.1.- Estructura básica y componentes principales de un ordenador personal.
6.2.- Dispositivos de entrada de datos: teclado, ratón, ...
6.3.- Pantallas y terminales de vídeo.
6.4.- Impresoras.
6.5.- Almacenamiento magnético y óptico.
6.6.- Sistemas RAID.
DESCRIPCIÓN DE TEMAS
En el tema de introducción se repasan los conceptos previos a la asignatura, en particular conceptos relacionados con la arquitectura von Neumann de un computador. Basándose en dicha arquitectura, esta asignatura estudia los diferentes subsistemas de la misma.
El primer tema profundiza en los conceptos relacionados con las unidades de control de la CPU. Se analizan y comparan las dos estrategias típicas de diseño de este tipo de sistemas: unidades de control cableadas y unidades de control microprogramazas. En particular, el tema se centra en esta última estrategia, novedosa para los alumnos en la línea de arquitectura (los aspectos relacionados con las unidades de control cableadas ya se estudian con profundidad en las asignaturas de la línea de sistemas digitales).
El segundo tema está dedicado al estudio de los algoritmos y circuitos básicos que se utilizan en el diseño de las unidades aritmético-lógicas de un computador. Por una parte, se analizarán los algoritmos y circuitos de cálculo utilizados para realizar sumas, restas, multiplicaciones o divisiones. Por otra parte, se estudiarán los sistemas de representación de datos y, entre ellos, la representación en coma flotante, así como las operaciones básicas en esta representación.
El tercer tema está dedicado al estudio de la organización del sistema de memoria de un computador. Se presentará el concepto de jerarquía de memoria. El tema comienza estudiando las estrategias de organización en módulos de la memoria principal. A continuación, se presentarán las dos técnicas utilizadas para la traducción de direcciones lógicas de memoria: paginación y segmentación. Para finalizar, se realiza una introducción al concepto de memoria virtual. Como complemento formativo, en este tema se presenta la estructura física de la memoria del PC (máquina que se utilizará como ejemplo en esta asignatura).
En el tema 4 se estudia el subsistema de entrada/salida de los computadores, analizando cómo se realiza la comunicación entre el computador y el mundo exterior. En particular, se analizarán los siguientes conceptos: controlador de un periférico, entrada/salida mapeada en memoria o independiente, sincronización por encuesta o interrupción, acceso directo a memoria (DMA: Direct Memory Access). Tomando como ejemplo la arquitectura del PC, se estudia el funcionamiento de alguno de sus periféricos (pantalla, teclado y reloj), realizando prácticas de laboratorio en las que se programan dichos periféricos.
En el tema 5 se estudia el subsistema de interconexión entre los componentes de un arquitectura tipo von Neumann: los buses. Se analizarán conceptos básicos de este subsistema, por ejemplo, el concepto de jerarquía de buses y los protocolos de transmisión y de arbitraje. Para finalizar, a modo de ejemplo, se presentan los buses comerciales más utilizados en los computadores.
Finalmente, en el tema 6 se analizan algunos periféricos del PC: periféricos de entrada, periféricos de salida, periféricos de almacenamiento de información, sistemas RAID, etc. En este tema también se estudia la arquitectura hardware básica del PC. Para ello, se realizan prácticas de laboratorio en las que se analizan y montan los componentes hardware más básicos del PC (tarjetas base, procesadores, módulos de memoria, discos, tarjetas de expansión, etc.).
METODOLOGÍA
La asignatura se imparte siguiendo el modelo ECTS. En este documento se concreta la planificación de la asignatura a lo largo de las 11 semanas de impartición de la misma. También se indica la dedicación que se estima necesaria cursar la asignatura de forma satisfactoria.