Il Corso ha lo scopo di descrivere l'architettura di un calcolatore, con particolare riferimento al pipelining, all'esecuzione fuori ordine e alla gerarchia di memoria, fornendo gli elementi teorici necessari a motivarne le scelte progettuali, a comprenderne il funzionamento, a valutarne le prestazioni, e a comprenderne la relazione con le tecniche di programmazione in assembly e ad alto livello.

01. Intropduzione
01.01 Breve storia dell'elaborazione automatica delle informazioni
01.02 Dalla progettazione RTL al concetto di ALU

02. Sistemi a microprocessor
02.01 Il modello di Von Neumann.
02.02 Il repertorio delle istruzioni e la classificazione delle architetture. 

03. L'architettura interna della CPU:
03.01 Pipelining e prestazioni.
03.02 Architettura di riferimento: DLX.
03.03 Conflitti e stalli.
03.04 Laboratorio: simulazione della pipeline del DLX con WinDLX/WinMIPS.

04. Ottimizzazione delle prestazioni di un microprocessore:
04.01 Ottimizzazione statica del codice.
04.02 Laboratorio: esempi di ottimizzazione statica.
04.03 Parallelismo: Microprocessori multiple-issue.
04.04 Ottimizzazione dinamica: esecuzione fuori ordine e speculazione.
04.05 Laboratorio: sviluppo e impiego di benchmark

05. La memoria:
05.01 Dispositivi di memoria volatili: RAM statiche e dinamiche.
05.02 Dispositivi di memoria non volatili: ROM, Flash, HD.
05.03 La gerarchia di memoria: caching e memoria virtuale.

06. La comunicazione:
06.01 I bus e i dispositivi di I/O.
06.02 Sincronizzazione: interrupt e DMA.

Non vi sono propedeuticità obbligatorie, ma il corso si basa sul corso di Reti Logiche.

L'insegnamento è propedeutico al corso di Sistemi Operativi.

Conoscenza e comprensione
Lo studente acquisirà le conoscenze fondamentali nel campo delle architetture degli elaboratori e delle basi teoriche che ne sono il fondamento, con particolare riferimento a: sistemi a microprocessore, memorie a semiconduttore, interfacce hardware-software e sincronizzazione dei componenti di un sistema. Lo studente comprenderà le motivazioni e il funzionamento dei principali accorgimenti architetturali, tra i quali il pipelining, il data forwarding, il caching, l'esecuzione fuori ordine e la memoria virtuale. Lo studente acquisirà inoltre le conoscenze d base sull'esplorazione dello spazio di progetto di sistemi hardware-software, valutando le metriche fondamentali e mettendo a confronto soluzioni alternative.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di tradurre in assembly semplici segmenti di codice e effettuarne ottimizzazioni statiche al fine di ridurre l'incidenza di conflitti che possano causare stalli della pipeline. Acquisirà inoltre consapevolezza del rapporto tra hardware e software.

Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di valutare e confrontare soluzioni alternative che implementano la stessa specifica, valutando le metriche di progetto al fine di verificare il rispetto dei vincoli e prendere decisioni orientate all'ottimizzazione.

Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di usare in modo appropriato la terminologia propria della materia e di metterla in relazione alla terminologia delle altre discipline del corso di studi. Avrà inoltre opportunità di lavoro in gruppo e di esposizione dei progetti svolti.

Capacità di apprendimento
Lo studente acquisirà la capacità di apprendere le criticità dei sistemi hardware-software e di comprendere a fondo la logica delle soluzioni architetturali adottate per risolverle. Tali capacità potranno essere applicate in autonomia per affrontare lo studio di problematiche e soluzioni architetturali non trattate nel corso.

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Dispense scritte dal docente e video-tutorial, resi disponibili attraverso la piattaforma di blended learning.

Modalità didattiche

Lezioni frontali in aula e in laboratorio, con supporto blended.

Obblighi

Sebbene fortemente consigliata, la frequenza non è obbligatoria.

Testi di studio

Dispense fornite dal docente.

D. A. Patterson and J. L. Hennessy, Struttura e progetto dei calcolatori, Zanichelli, Quarta edizione, 2015.

Modalità di
accertamento

Prova scritta, discussione orale di un progetto individuale o di gruppo e prova orale facoltativa.

La durata della prova scritta è di un'ora. 

La prova scritta può essere sostenuta anche prima di presentare la relazione del progetto. Il progetto deve essere presentato oralmente dopo aver predisposto e consegnato una relazione scritta.

Gli esiti della prova scritta e del progetto individuale restano validi per tutto l'anno accademico in cui sono stati conseguiti.

La prova scritta e il progetto individuale sono valutati in trentesimi. La media dei due voti costituisce il voto di ammissione all'orale (facoltativo). L'esito dell'orale incide per + o - 5 punti sul voto finale.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Modalità didattiche

Gli studenti non frequentanti possono avvalersi della piattaforma di blended learning.

Obblighi

Sebbene fortemente consigliata, la frequenza non è obbligatoria.

Testi di studio

Come per studenti frequentanti

Modalità di
accertamento

Come per studenti frequentanti

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.