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.

Durante il periodo delle lezioni potranno essere svolte verifiche a sorpresa senza attribuzione del voto, finalizzate ad accertare il livello medio di preparazione e a individuare esigenze di supporto.

Domande a scelta multipla per l'autovalutazione del livello di preparazione sono disponibili all'interno della piattaforma Moodle per il 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.

Se previsto dal calendario accademico, nel periodo di sospensione delle attività didattiche del semestre in cui si tiene l'insegnamento viene svolta una prova scritta parziale, riservata agli studenti del primo anno. La prova parziale riguarda solo gli argomenti trattati nella prima parte del corso. L'esito della prova parziale, se sufficiente, può essere utilizzato nelle prove scritte della prima sessione successiva all'erogazione del corso, per ottenere l'esonero dalle prime domande della prova scritta stessa, chiedendo di applicare ad esse l'esito della rpova parziale.

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.