Circuitos Digitales II Fundamentos de Arquitectura de Computadores

1. Departamento de Ingeniería Electrónica Facultad de Ingeniería Circuitos Digitales IIFundamentos de Arquitectura de Computadores Información sobre el Curso Semana No.1 Semestre 2008-2 Prof. Gustavo Patiño gpatino@udea.edu.co Prof. Eugenio Duque eaduque@udea.edu.co

2. Temario • Objetivos del curso • De qué se trata el curso de Circuitos Digitales II • Prerrequisitos del curso • Cobertura del curso • Tópicos principales • Información del curso • Notas Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

3. Objetivo general • Tratar el diseño y la arquitectura de sistemas computacionales en un nivel de detalle que no dé lugar a “misterios” en el diseño de tales sistemas. • Este objetivo será perseguido durante el curso desde el diseño con el conjunto de instruccioneshasta el diseño en el nivel de compuertas lógicas de las unidades de control y de datapath del CPU, pasando por la memoria, unidades de disco y red. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

4. Objetivos específicos • Fundamentar las bases para el diseño de los sistemas digitales modernos. • Generalmente basados en un procesador programable. • Componentes y organización del sistema. • Pipeline, memoria cache, periféricos. • Entender cómo y porqué tales sistemas están organizados. • Su interacción con la tecnología predominante. • Relación entre Hardware con Software. • Introducir técnicas para analizar sistemas y aplicaciones. • Métricas de desempeño, metodologías, errores comunes. • Conocer las bases para otro tipo de sistemas • Redes, OS, compiladores, sistemas embebidos, etc • Entender las capacidades de compiladores, OS. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

5. Prerrequisitos del curso • Relevantes • Conocimiento básico sobre el análisis y diseño de circuitos digitales. • Experiencia en programación con un lenguaje de alto nivel (Pascal, C/C++). • No tan relevantes • Familiaridad con el S.O Unix o Linux. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

6. Cobertura del curso • En este curso usted aprenderá • Operaciones en el nivel del lenguaje ensamblador • Conjunto de instrucciones • Operación y diseño en el nivel de arquitectura de sistemas • Subsistemas y conexiones • Operación y diseño en el nivel lógico digital • Compuertas, memoria, buses • Relación entre HW y SW en los cinco elementos fundamentales de un sistema computacional. • Principios básicos de optimización y análisis de desempeño de dicha relación. • En este curso usted no aprenderá • Diseño de aplicaciones basadas en microcontroladores. • Instalación o reparación de PCs. • Instalación de software en su computador. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

7. Contenido • Unidad No. 1 • Introducción y visión general del curso • Introducción a la historia de los computadores • Problemas de la complejidad • Ley de Moore • Relación entre HW y SW en la arquitectura de un computador. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

8. Contenido (…cont) • Unidad No.2 • Interface Hardware-software : Lenguaje de Máquina y lenguaje Ensamblador • ISA: Arquitectura del Conjunto de Instrucciones de un procesador • Selección del procesador MIPS para el curso. • MIPS-ISA: Operandos y operaciones. Comparaciones con lenguaje C. • MIPS-ISA: Transferencias de datos y Control • MIPS-ISA: Procedimientos, ciclos y casos. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

9. Contenido (…cont) • Unidad No.3 • Desempeño y optimizaciones de código • Desempeño en un procesador • Compiladores, carga y enlace. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

10. Contenido (…cont) • Unidad No.4 • Diseño de Procesadores • Datapath y controlador y su relación con el ISA • Agregando Pipeline al procesador • Pipeline y el ISA: Efectos en el desempeño • Pipeline y el ILP (Paralelismo a Nivel de Instrucciones) Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

11. Contenido (…cont) • Unidad No.5 • Jerarquía de memoria • Memoria cache • Desempeño de la Memoria • Memoria Virtual • Análisis de la estructura de memoria de algunos procesadores modernos. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

12. Contenido (…cont) • Unidad No.6 • Interrupciones y excepciones • Interrupciones en el MIPS Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

13. Contenido (…cont) • Unidad No.7 • Dispositivos de entrada y salida (I/O) • Revisión y diseño de sistemas I/O • Factores del desempeño I/O • Interfaces y buses. • DMA: Accesos Directos a Memoria Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

14. Contenido (…cont) • Unidad No.8 • Introducción a los Circuitos Integrados Multiprocesador (CMP) • Conexión interna de procesadores • Bus • Red • Clusters • Análisis del caso del Cluster de Google. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

15. Información del curso • Profesores: • Gustavo Patiño • E-mail: gpatino@udea.edu.co • Oficina: • Horario de atención • Eugenio Duque • E-mail: eaduque@udea.edu.co • Oficina: • Horario de Atención: Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

16. Información del curso (…cont) • Textos del curso • Computer Organization & Design, 3rd Edition • By D. Patterson & J. Hennessy • CD includes manuals, appendices, simulators, CAD tools…. • Pagina Web del curso • http://microe.udea.edu.co/~gpatino/digitalesii • Revísela frecuentemente • Encontrará: • Diapositivas del curso • Enunciados de laboratorio • Manuales, software libre y más información útil. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2

17. Evaluación • Curso teórico (55%) • Primer parcial: 20% • Dos quices: 5% cada • Examen Final 25% • Laboratorio (45%) • 6 prácticas de Lab. Departamento de Ing. Electrónica. Circuitos Digitales IIFacultad de Ingeniería 2008 - 2