CALCOLATORI ELETTRONICI

CALCOLATORI ELETTRONICI

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Codice
65938
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
12 cfu al 2° anno di 8719 INGEGNERIA INFORMATICA (L-8) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/05
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA INFORMATICA )
periodo
Annuale
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso vuole mettere in grado lo studente di comprendere e descrivere caratteristiche, funzioni e interazioni delle principali componenti di un moderno calcolatore elettronico sia dal punto di vista architetturale che del sistema operativo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso nella prima parte presenta l'architettura di un calcolatore elettronico, le funzioni delle unit? hardware che lo compongono e le interazioni fra di loro; nella seconda parte descrive la struttura dei sistemi operativi, le funzioni dei moduli in cui sono organizzati, gli algoritmi e le strutture software che utilizzano.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Parte I – Architettura dei calcolatori

  • Instruction Set Architecture: il caso del processore MIPS.
  • Aritmetic Logic Unit. Architettura interna.
  • Architettura del processore. Pipelining delle istruzioni. Conflitti sui dati e sui controlli. Data forwarding e hazard detection.
  • Unità di controllo. Implementazione cablata. Implementazione microprogrammata
  • Gerarchia di memoria. Memoria cache: principi di funzionamento, elementi di progettazione.
  • Memorie a dischi magnetici. Sistemi RAID. Memorie a dischi ottici.
  • Metodi e strumenti per la valutazione delle prestazioni.

Parte II – Sistemi Operativi

  • Concetti base, struttura monolitica e a microkernel. Macchine virtuali.
  • Le chiamate a sistema e loro gestione.
  • La gestione dei processi e dei thread. Lo scheduling della CPU.
  • La comunicazione e sincronizzazione fra processi. Corse e regioni critiche. Mutua esclusione e polling attesa. Semafori e loro utilizzo per mutua esclusione e sincronizzazione.
  • La gestione della memoria. Gestione paginata. Gestione segmentata.
  • Il file system. Metodi di implementazione. Problematiche di protezione e condivisione.
  • La gestione dell’input-output. Architettura DMA. Gestione dei dischi. Gestione clock.

Modalità didattiche

Lezioni ed esercitazioni

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte I – Architettura dei calcolatori

  1. Introduzione al corso. Definizione di architettura dei calcolatori e sua  virtualizzazione e astrazione. Evoluzione e prestazioni dei calcolatori. Progettazione in funzione delle prestazioni.
  2. Instruction Set Architecture: il caso del processore MIPS. Caratteristiche delle istruzioni: elementi, rappresentazione, tipi, numero di indirizzi, progettazione del repertorio di istruzioni. Tipi di operandi. Tipi di operazioni. Modi di indirizzamento. Formati delle istruzioni. Supporto alle procedure. Interazioni con il Compilatore e ottimizzazioni del codice.
  3. Aritmetic Logic Unit. Architettura interna. Rappresentazioni dei numeri reali (IEEE 754). Somma moltiplicazione e divisione di numeri in virgola mobile.
  4. Il processore centrale. Architettura del processore. Organizzazione dei registri. Ciclo di esecuzione delle istruzioni. Pipelining delle istruzioni. Conflitti sui dati e sui controlli. Data forwarding e hazard detection.
  5. Unità di controllo. Fasi di una istruzione e microoperazioni. Controllo del processore: requisiti funzionali, segnali di controllo, organizzazione interna. Implementazione cablata. Implementazione microprogrammata: microistruzioni, unità di controllo microprogrammata.
  6. La memoria primaria. Gerarchia di memoria. Memoria cache: principi di funzionamento, elementi di progettazione (dimensione, funzioni di traduzione, algoritmi di sostituzione, politica di scrittura, dimensionamento delle linee, cache multiple). Tipi memoria (ROM, DRAM e SRAM) e loro organizzazione.
  7. Memorie a dischi magnetici: meccanismi di lettura e scrittura, organizzazione e formattazione dei dati, sistemi RAID. Memorie a dischi ottici.
  8. La valutazione delle prestazioni dei calcolatori. Metodi e strumenti per la valutazione delle prestazioni. Parametri misurabili e loro attendibilità. Interpretazione delle misure di prestazione.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Materiale didattica disponibile su Aulaweb.

Bibliografia: Struttura e progetto dei calcolatori di D. Patterson, J. Hennessy, Zanichelli.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: su appuntamento da richiedere via email: p.baglietto@cipi.unige.it

Commissione d'esame

ALESSANDRO ARMANDO (Presidente)

PIERPAOLO BAGLIETTO (Presidente)

ALESSIO MERLO

MASSIMO MARESCA

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni ed esercitazioni

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

Vedi anche:

CALCOLATORI ELETTRONICI

ESAMI

Modalità d'esame

Scritto, Orale

Modalità di accertamento

capacità di risolvere semplici problemi di progettazione e di programmazione sugli argomenti del corso

conoscenza degli argomenti trattati a lezione e capacità di analisi e discussione delle tematiche trattate

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
19/12/2019 15:00 GENOVA Scritto
13/01/2020 14:30 GENOVA Scritto
14/02/2020 14:30 GENOVA Scritto
12/06/2020 15:00 GENOVA Scritto
10/07/2020 15:00 GENOVA Scritto
11/09/2020 15:00 GENOVA Scritto