Guias Docentes

  GUÍA DOCENTE DE LA ASIGNATURA: ORGANIZACIÓN DE COMPUTADORES    
1. Datos generales
Asignatura: ORGANIZACIÓN DE COMPUTADORES Código: 42311
Tipología: OBLIGATORIA Créditos ECTS: 6
Grado: 346 - GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA (AB) Curso académico: 2017-18
Centro: (604) E.S. DE INGENIERIA INFORMATICA ALBACETE Grupo(s): 10 11 12
Curso: 2 Duración: Primer cuatrimestre
Lengua principal de impartición: Español Segunda lengua: Inglés
Uso docente de otras lenguas: El grupo I se imparte totalmente en inglés. Group I will be totally taught in English. English Friendly: No
Página Web:
Nombre del profesor: FRANCISCO JOSE ALFARO CORTES - Grupo(s) impartido(s): 10 11 12
 
Despacho Departamento Teléfono Correo electrónico Horario de tutoría
ESII/1.D.15 SISTEMAS INFORMÁTICOS 2490 fco.alfaro@uclm.es Se establecerán en la página del departamento de Sistemas Informáticos y de la ESII.
Nombre del profesor: PEDRO JAVIER GARCIA GARCIA - Grupo(s) impartido(s): 10 11 12
 
Despacho Departamento Teléfono Correo electrónico Horario de tutoría
ESII/1.D.3 SISTEMAS INFORMÁTICOS 2484 PedroJavier.Garcia@uclm.es Se publicará en las páginas web del Departamento de Sistemas Informáticos y de la ESII.
Nombre del profesor: MARIA TERESA LOPEZ BONAL - Grupo(s) impartido(s): 10 11
 
Despacho Departamento Teléfono Correo electrónico Horario de tutoría
ESII/1.C.1 SISTEMAS INFORMÁTICOS 2355 Maria.lbonal@uclm.es Se publicará en las páginas web del Departamento de Sistema Informáticos y de la ESII.
https://www.dsi.uclm.es/pers.php?codpers=mlopez&curso=2017-18&idmenup=pers
2. Requisitos previos

[ESPAÑOL]

Se recomienda haber superado las dos asignaturas del Módulo I y relacionadas con la materia "Ingeniería de Computadores" que se cursan el primer año. Las asignaturas en cuestión son Tecnología de Computadores y Estructura de Computadores. Dichas asignaturas proporcionan el conocimiento básico de la tecnología y configuración de un sistema basado en computador, lo que resulta imprescindible para poder profundizar en estos aspectos en segundo curso.

[ENGLISH] PREREQUISITES:

It is convenient the student has previously passed the courses related with the Computer Engineering field included in the previous year of the degree. Specifically, these courses are ''Tecnología de Computadores'' and ''Estructura de Computadores''. Both courses provide the basic knowledge about technology and configuration of a computer-based system, which is essential to go further into these aspects during the second year of the degree.

3. Justificación en el plan de estudios, relación con otras asignaturas y con la profesión
[ESPAÑOL]
 
¿Qué es un computador? ¿Cómo funciona? ¿Cómo se diseña? ¿Cómo se programa? Son muchas las preguntas a las que Ingeniería de Computadores (IC), como materia, da respuesta. IC es un campo de conocimiento con unas características que lo hacen único, resultado de la combinación de aspectos puramente tecnológicos, pasando por problemas organizativos, estructurales y de optimización para finalizar con la implementación del software que lo gobierna y su integración con otros sistemas. Por lo tanto, para poder ofrecer la instrucción necesaria en IC, dentro del Grado en Ingeniería Informática se han incluido un conjunto de asignaturas específicas para dar respuesta a las necesidades formativas de los nuevos graduados.

En el primer curso, se incluyen las asignaturas de Tecnología de Computadores y Estructura de Computadores, que introducen al alumno a los componentes básicos de los computadores. Estos componentes serán utilizados como elementos esenciales de los diseños que se abordan en cursos posteriores, es decir, en estas dos asignaturas se estudian los ''ladrillos'' que permitirán, en las asignaturas posteriores de esta área, construir estructuras más complejas.

Este es el caso de Organización de Computadores durante el segundo curso, donde se estudian tanto las diversas alternativas para construir la ruta de datos en sistemas multiciclo (sin o con segmentación), como el sistema de memoria de un computador, profundizando en la jerarquía de memoria cache y memoria virtual. En ambos casos se trata de aspectos fundamentales de un computador, cuya configuración determina en gran medida su rendimiento.

Posteriormente, en tercer curso se cursa la asignatura Arquitectura de Computadores, que continúa directamente desde los conocimientos adquiridos en el curso anterior. Concretamente, en esta asignatura se amplían los conceptos sobre segmentación introducidos en el curso anterior, introduciendo técnicas avanzadas en este sentido orientadas siempre al mayor aprovechamiento del paralelismo a nivel de instrucción. También se introducen otras arquitecturas orientadas al mismo fin, como los procesadores superescalares, así como una visión de las características de los actuales procesadores comerciales.

En estas condiciones el alumno llega a cuarto curso y en concreto a la asignatura Computadores Avanzados. En esta asignatura se introduce a alumno en los sistemas de computación paralela basados en múltiples nodos de procesamiento, como multicomputadores o multiprocesadores, y se analizan especialmente aquellos aspectos de su estructura que los diferencian de los sistemas de computación con un único nodo de procesamiento. Por ejemplo, se presta especial atención a la red que interconecta los múltiples nodos.

Como puede comprobarse, la asignatura de segundo curso resulta imprescindible para aquellos alumnos que quieran dedicarse al diseño de sistemas de computación, ya que dominar los conceptos básicos que cubre dicha asignatura resulta esencial incluso para abordar los diseños más simples en este sentido.

Sin embargo, incluso para aquellos alumnos que no vayan a dedicarse al diseño de sistemas, también esta asignatura resulta fundamental de cara a romper la concepción del computador como caja negra hardware que mágicamente ejecuta los programas que se escriben para él. Sin una visión profunda de los procesos que se llevan a cabo bajo la superficie, el futuro graduado no será capaz de desarrollar y comprender los mecanismos de optimización que permitan, por ejemplo, analizar y comprender los problemas de rendimiento de un sistema. Todas estas aptitudes representan un valor añadido, y de hecho son cada vez más valoradas (en mayor o menor medida) en casi cualquier actividad profesional relacionada con esta área.

 

 

[ENGLISH] THIS SUBJECT WITHIN THE DEGREE PROGRAMME, RELATIONSHIP WITH OTHER SUBJECTS AND WITH THE CS PROFESSION:

What is a computer? How does a computer work? How is it designed? How is it programmed? There are many questions whose answers can be found on the field of Computer Engineering (CE). CE is a field of knowledge with unique characteristics, resulting from the combination of purely technological aspects, as well as problems on organization, structure and optimization, and finally the implementation of the controlling software and its integration with other systems. Hence, in order to provide the required instruction in CE, a set of courses have been included in the Degree on Computer Science that fulfill the formative needs of new graduates.

In the first year of the degree the courses “Tecnología de Computadores” and ”Estructura de Computadores” introduce the basic components of computers to the students . These components will be used as essential elements of the designs addressed by the courses of the next years. Thus, in these two courses the “bricks” to build more complex structures, in further courses of the area, are studied.

During the second year, the students have to study the course “Computer Organization, where the different alternatives to build a datapath in multicycle systems (with or without pipelining) are studied, as well as the memory system of a computer, focusing mainly on the cache and virtual memory hierarchy. These are fundamental aspects in a computer; indeed their configuration has a significant impact on computers performance.

During the third year of the degree the students study the course “Arquitectura de Computadores”. This course continues directly from the knowledge acquired in the previous subject. Specifically, in this course the concepts of pipelining, introduced in the previous course, are expanded. For instance, new techniques to take advantage of the instruction level parallelism are introduced. Moreover, new architectures with the same purposes are introduced, such as superscalar processors. Finally, a broad vision of current processors is given.

With this background the student reaches the fourth year of the degree, to study the course “Computadores Avanzados”. In this course the parallel computing systems based on multiple computing nodes, such as multicomputers or multiprocessors, are introduced to the students. The aspects of their structure that differentiate from the systems with only one processing node are analyzed. As an example, special attention is devoted to the networks interconnecting the multiple nodes.

Note that the course of the second year is mandatory for those students whose intention is to work designing computing systems because understanding and controlling the basic concepts covered by this course is crucial to design even the simplest systems.

However, this course is also fundamental even for those students whose intention is not to work on the design of systems, in order to break the image of the computer as a black box that magically executes the programs. Indeed, without a deep insight into the processes carried out under the surface, the future graduate will not be able to develop or understand the mechanisms of optimization that allow, for instance, to analyze and understand the performance problems of a system. All these skills are an added value, and in fact are increasingly appreciated in almost whichever professional activity related to this area.

4. Competencias de la titulación que la asignatura contribuye a alcanzar
Competencias propias de la asignatura
BA5 Conocimiento de la estructura, organización, funcionamiento e interconexión de los sistemas informáticos, los fundamentos de su programación, y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
CO1 Capacidad para diseñar, desarrollar, seleccionar y evaluar aplicaciones y sistemas informáticos, asegurando su fiabilidad, seguridad y calidad, conforme a principios éticos y a la legislación y normativa vigente.
CO9 Capacidad de conocer, comprender y evaluar la estructura y arquitectura de los computadores, así como los componentes básicos que los conforman.
INS1 Capacidad de análisis, síntesis y evaluación.
INS5 Capacidad para argumentar y justificar lógicamente las decisiones tomadas y las opiniones.
PER2 Capacidad de trabajo en equipo interdisciplinar.
5. Objetivos o resultados de aprendizaje esperados
Resultados propios de la asignatura
Conocer las técnicas de evaluación del rendimiento de un computador.
Comprender los principios de la arquitectura de computadores.
Conocer la organización de la CPU, identificar las unidades funcionales, y explicar su papel en la ejecución de las instrucciones.
Identificar los tipos de almacenamiento de información, comprender su papel en el sistema jerárquico de memoria de un computador y su influencia sobre la latencia efectiva de la memoria.
Conocer y comprender las técnicas de gestión de la memoria virtual, y su integración dentro de la jerarquía de memoria del computador.
Comprender e identificar el paralelismo a nivel de instrucción mediante la segmentación y los problemas asociados a ésta.
Resultados adicionales
Conocer el funcionamiento de un procesador segmentado. Riesgos y excepciones.
6. Temario / Contenidos
 Tema 1 Diseño de la ruta de datos de un procesador
 Tema 1.1  Introducción
 Tema 1.2  Ejecución de una instrucción
 Tema 1.3  Un primer esquema de procesador
 Tema 1.4  Construcción de la ruta de datos
 Tema 1.5  La ruta de datos con las señales de control
 Tema 1.6  Conclusiones
 Tema 2 Segmentación de la ruta de datos
 Tema 2.1  Introducción
 Tema 2.2  Segmentación de la ruta de datos
 Tema 2.3  Control de la ruta de datos
 Tema 2.4  Riesgos de la segmentación
 Tema 2.5  Tratamiento de las excepciones
 Tema 2.6  Segmentación de las instrucciones de punto flotante
 Tema 2.7  Conclusiones
 Tema 3 Memoria caché
 Tema 3.1  Introducción
 Tema 3.2  Conceptos básicos sobre memoria caché
 Tema 3.3  Políticas de diseño de la caché
 Tema 3.4  Mejoras en la memoria caché
 Tema 3.5  Conclusiones
 Tema 4 Memoria virtual
 Tema 4.1  Introducción
 Tema 4.2  Funcionamiento básico de la memoria virtual
 Tema 4.3  Tipos de gestión de la memoria virtual
 Tema 4.4  Traducción rápida de direcciones
 Tema 4.5  Acceso a caché en sistemas con memoria virtual
 Tema 4.6  Conclusiones
  Comentarios adicionales sobre el temario

[ENGLISH] SYLLABUS:

Unit 1: Designing the datapath processor

Unit 2: Pipelining the datapath processor

Unit 3: Cache memory

Unit 4: Virtual memory

7. Actividades o bloques de actividad y metodología

Actividad formativa Metodología Competencias relacionadas ECTS Horas Ev Ob Rec Descripción
Enseñanza presencial (Teoría) [PRESENCIAL] Método expositivo/Lección magistral BA5, CO9 1.36 34.00 No No Las clases de grupo grande intercalan la exposición del profesor con pequeñas actividades de refuerzo, principalmente resolución de ejercicios.
Enseñanza presencial (Prácticas) [PRESENCIAL] Combinación de métodos BA5, CO1, CO9, INS1, INS5, PER2 0.72 18.00 No Las clases de grupo pequeño se desarrollan en el laboratorio y consisten básicamente en prácticas en las que se usan simuladores para modelar y evaluar tanto procesadores segmentados como jerarquías de memoria
Estudio o preparación de pruebas [AUTÓNOMA] Combinación de métodos BA5, CO9, INS1 3.68 92.00 No No Estudio de la materia tanto de teoría como de prácticas por parte del alumno, así como la preparación de las pruebas de evaluación
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] Pruebas de evaluación BA5, CO9, INS5 0.06 1.50 Cuestionarios de prácticas
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] Pruebas de evaluación BA5, CO9 0.06 1.50 Pruebas de conocimientos teóricos por cada tema
Prueba final [PRESENCIAL] Pruebas de evaluación BA5, CO9, INS5 0.12 3.00 Examen final de la asignatura
Total: 6.00 150.00  
Créditos totales de trabajo presencial: 2.32 Horas totales de trabajo presencial: 58.00
Créditos totales de trabajo autónomo: 3.68 Horas totales de trabajo autónomo: 92.00
Ev: Actividad formativa evaluable
Ob: Actividad formativa de superación obligatoria
Rec: Actividad formativa recuperable
8. Criterios de evaluación y valoraciones

  Valoraciones  
Sistema de evaluación Estud. pres. Estud. semipres. Descripción
Prueba final 40.00% 0.00% Ejercicios de la materia de la asignatura.
(Clave ESC de la Memoria de Grado).

La introducción en el aula de cualquier dispositivo que permita a los alumnos copiar o ser copiados, conllevará suspender automáticamente esta prueba.
Pruebas de progreso 10.00% 0.00% Test de evaluación de cada tema que se va realizando durante el transcurso de la asignatura.
(Clave ESC de la Memoria de Grado).

La introducción en el aula de cualquier dispositivo que permita a los alumnos copiar o ser copiados, conllevará suspender automáticamente esta prueba.
Realización de prácticas en laboratorio 50.00% 0.00% Los cuestionarios y entregas relativas a las prácticas de laboratorio. Se considerará el caso especial de alumnos que, por causas MUY justificadas, no puedan asistir a las clases de laboratorio, pero en ningún caso éstos estarán exentos de realizar las entregas.
(Claves INF (10%) y LAB (40%) de la Memoria de Grado)
Total: 100.00% 0.00%  

Criterios de evaluación de la convocatoria ordinaria:
[ESPAÑOL] Es imprescindible aprobar por separado las prácticas y el conjunto de la prueba final y las pruebas de progreso. En el caso de los alumnos matriculados en el grupo de inglés, las entregas que realicen deben estar hechas todas ellas en inglés.

[ENGLISH] ASSESSMENT CRITERIA IN THE REGULAR EXAM SESSION: it is obligatory to pass both the practices and the combination of the final exam and the progress tests. In the case of students of the English group, all the deriverables must be written in English.
Particularidades de la convocatoria extraordinaria:
[ESPAÑOL] Es imprescindible aprobar por separado las prácticas y la prueba final, que en este caso además de ejercicios incluirá un test similar a los de las pruebas de progreso, y con el mismo peso porcentual (10%) en la calificación de la asignatura. En el caso de los alumnos matriculados en el grupo de inglés, las entregas que realicen deben estar hechas todas ellas en inglés.

[ENGLISH] ASSESSMENT CRITERIA IN THE EXTRAORDINARY EXAM SESSION: it is obligatory to pass both the practices and the final exam. In this case the final exam will include exercises and a theory test similar to the progress tests. This theory test has the same percentage weight (10%) in the final mark of the course. In the case of students of the English group, all the deriverables must be written in English.
Particularidades de la convocatoria especial de finalización:
[ESPAÑOL] Es imprescindible aprobar por separado las prácticas y la prueba final, que en este caso además de ejercicios incluirá un test similar a los de las pruebas de progreso, y con el mismo peso porcentual (10%) en la calificación de la asignatura. En el caso de los alumnos matriculados en el grupo de inglés, las entregas que realicen deben estar hechas todas ellas en inglés.

[ENGLISH] ASSESSMENT CRITERIA IN THE SPECIAL EXAM SESSION FOR COMPLETION OF STUDIES: it is obligatory to pass both the practices and the final exam. In this case the final exam will include exercises and a theory test similar to the progress tests. This theory test has the same percentage weight (10%) in the final mark of the course. In the case of students of the English group, all the deriverables must be written in English.
9. Secuencia de trabajo, calendario, hitos importantes e inversión temporal
No asignables a temas
Actividades formativas Horas
Prueba final [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (3 h tot.) 3
Tema 1 (de 4): Diseño de la ruta de datos de un procesador
Actividades formativas Horas
Enseñanza presencial (Teoría) [PRESENCIAL] [Método expositivo/Lección magistral] (34 h tot.) 2
Enseñanza presencial (Prácticas) [PRESENCIAL] [Combinación de métodos] (18 h tot.) 1.5
Estudio o preparación de pruebas [AUTÓNOMA] [Combinación de métodos] (92 h tot.) 7.44
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.16
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.2
Periodo temporal: Semana 1
Tema 2 (de 4): Segmentación de la ruta de datos
Actividades formativas Horas
Enseñanza presencial (Teoría) [PRESENCIAL] [Método expositivo/Lección magistral] (34 h tot.) 13
Enseñanza presencial (Prácticas) [PRESENCIAL] [Combinación de métodos] (18 h tot.) 7.5
Estudio o preparación de pruebas [AUTÓNOMA] [Combinación de métodos] (92 h tot.) 36.93
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.67
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.3
Periodo temporal: Semanas 2 - 7
Tema 3 (de 4): Memoria caché
Actividades formativas Horas
Enseñanza presencial (Teoría) [PRESENCIAL] [Método expositivo/Lección magistral] (34 h tot.) 11
Enseñanza presencial (Prácticas) [PRESENCIAL] [Combinación de métodos] (18 h tot.) 5.5
Estudio o preparación de pruebas [AUTÓNOMA] [Combinación de métodos] (92 h tot.) 26.1
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.5
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.4
Periodo temporal: Semanas 8 - 12
Tema 4 (de 4): Memoria virtual
Actividades formativas Horas
Enseñanza presencial (Teoría) [PRESENCIAL] [Método expositivo/Lección magistral] (34 h tot.) 8
Enseñanza presencial (Prácticas) [PRESENCIAL] [Combinación de métodos] (18 h tot.) 3.5
Estudio o preparación de pruebas [AUTÓNOMA] [Combinación de métodos] (92 h tot.) 21.53
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.17
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] (1.5 h tot.) 0.6
Periodo temporal: Semanas 13 - 16
Actividad global
Actividades formativas Suma horas
Enseñanza presencial (Teoría) [PRESENCIAL] [Método expositivo/Lección magistral] 34
Enseñanza presencial (Prácticas) [PRESENCIAL] [Combinación de métodos] 18
Estudio o preparación de pruebas [AUTÓNOMA] [Combinación de métodos] 92
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] 1.5
Pruebas de progreso [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] 1.5
Prueba final [PRESENCIAL] [Pruebas de evaluación] 3
Total horas: 150
Comentarios generales sobre la planificación: [ESPAÑOL] Esta planificación es ORIENTATIVA, pudiendo variar a lo largo del curso en función de las necesidades docentes, festividades, etc. La planificación semana a semana de la asignatura podrá encontrarse en la plataforma Campus Virtual (Moodle).

[ENGLISH] This course schedule is APPROXIMATE. It could vary
throughout the academic course due to teaching needs, bank holidays, etc. A weekly schedule will be properly detailed and updated on the online platform (Virtual Campus).
Note that all the lectures, practice sessions, exams and related activities performed in the bilingual groups will be entirely taught and assessed in English.
10. Bibliografía, recursos
Autor/es Título Editorial Población ISBN Año Descripción Enlace Web Catálogo biblioteca
David A. Patterson, John L. Hennessy Computer Organization and Design The Hardware/Software Interface, 5th Edition Morgan Kaufman Publishers 978-0-12-407726-3 2014 http://store.elsevier.com/Computer-Organization-and-Design/David-Patterson/isbn-9780124077263/  
Patterson, David A.; Hennessy, John L. Estructura y diseño de computadores: la interfaz hardware/software Reverté 9788429126204 2011 http://www.diazdesantos.es/libros/patterson-david-a-estructura-y-diseno-de-computadores-la-interfaz-hardware-software-L0001104300965.html  

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