Universidad de Costa Rica

Escuela de Ciencias de la Computación e Informática

CI-0114 Fundamentos de Arquitectura

Descripción

Principal

Objetivo general
  • Lograr que cada estudiante comprenda la arquitectura de la CPU y su relación con el lenguaje ensamblador para hacer un uso eficiente y eficaz de los recursos de la computadora a través del estudio de la teoría de circuitos digitales y la solución de ejercicios prácticos de pequeña escala

Objetivos específicos
  • Diseñar circuitos combinacionales y secuenciales de mediana escala de integración (MSI) para comprender su relación con la arquitectura de computadoras
  • Explicar la microprogramación de una arquitectura de computadoras para comprender la relación entre el lenguaje ensamblador y los circuitos digitales
  • Caracterizar la arquitectura, los componentes y las instrucciones de la CPU para conocer el funcionamiento básico de las computadoras
  • Explicar la relación entre los dispositivos periféricos y la CPU para comprender el funcionamiento interno de una computadora
  • Explicar los fundamentos de la jerarquía de memoria para comprender el papel de la memoria en el proceso de ejecución de programas en una arquitectura particular


Contenido

Introducción

  • Discusión de la carta al estudiante
  • Circuitos combinacionales
    • Básicas
    • Sumadores (ALU)
    • Multiplexores y demultiplexores
    • Codificadores y decodificadores
  • Circuitos secuenciales
    • Flip-flop
    • Registros
    • Contadores
  • Máquinas de estado (autómatas)
  • Organización de memoria
    • RAM
    • ROM
    • EPROM
    • FPGA y otros

Microoperaciones

  • Programación en lenguaje ensamblador
  • Microoperaciones

Arquitectura de la CPU

  • Conjunto de instrucciones (chipset)
  • Núcleos
  • Ciclo fetch
  • Fundamentos de Pipelining

Relación dispositivos periféricos-CPU

  • Estructura de dispositivos periféricos
  • Integración CPU-periféricos
  • Interrupciones a nivel de hardware, controladores
  • Arquitectura del sistema de vídeo (GPU)

Jerarquías de memoria

  • Memorias cachés
    • Tipos
    • Localidad
  • Arquitectura básica de memoria virtual
Metodología
  • El curso es 100% virtual
  • Dinámica de virtualización: será seguir reuniones sincrónicas no presenciales con herramientas especializadas en el horario establecido para cada grupo, en las que el profesor presentará el material correspondiente a la temática y conformará grupos para resolución de problemas determinados
  • Plataformas de accesos
  • Dispondremos de grupos para intercambio de mensajes Telegram o similar
  • Además, los estudiantes aplicarán las nociones aprendidas en la solución de proyectos propuestos por el profesor
  • El profesor podría proponer actividades opcionales por crédito extra en la nota del curso en cualquiera de las evaluaciones
  • En el caso de las evaluaciones, ya sean exposiciones, exámenes cortos o exámenes, los estudiantes deberán obligatoriamente estar conectados en tiempo real, con una cámara encendida. Para las clases normales o bien otras actividades este requerimiento es opcional
  • Adicionalmente los estudiantes tendrán acceso remoto a computadoras de laboratorios de la ECCI, por medio de una VPN
    Evaluación
    Item Valor
    Examen parcial 1 15%
    Examen parcial 2 15%
    Tareas y exámenes cortos 30%
    Trabajos de investigación o prácticos 20%
    Proyecto final 20%
    • Reglas para el examen de ampliación
      1. Se efectuará en el periodo de examenes finales del ciclo lectivo
      2. Abarca todo el material cubierto en el curso
      3. Duración: 3 horas máximo
      4. Aula: modalidad virtual
    Políticas:
    • Cada evaluación indicará en su enunciado las normas respectivas
    • Los exámenes cortos se harán en horario de clases y comprenderán la materia vista más reciente, se trata de asignaciones individuales
    • Todos los trabajos deben ser entregados en las fechas acordadas, en formato impreso o digital según se indique. La penalidad por entrega tardía es de 10 pts. (de 100) por día natural, con un plazo de no más de tres días naturales de atraso, pasado este tiempo la asignación no será calificada. Los puntos son rebajados de la nota obtenida, siendo el máximo rebajo 30 pts. Se considera un trabajo entregado a partir de la recepción en la plataforma o en el correo electrónico indicado
    • Los exámenes deben entregarse en la hora acordada
    • Las tareas pueden ser discutidas con cualquiera, esto incluye hablar sobre interpretaciones del ejercicio asignado, por dónde se podría atacar el problema y las estrategias de solución. Lo que NO está permitido es copiar (plagiar) la solución de alguna fuente, sea esta Internet, un libro, compañeros, etc.
    • Las tareas serán revisadas por el profesor y/o el asistente, si se encuentra evidencia de plagio, de cualquier tipo, siendo la primera vez los estudiantes involucrados obtendrían nota cero en la asignación. Si se trata de la segunda vez o posterior, el caso además será remitido a la Comisión Disciplinaria de la ECCI para que ellos decidan la aplicación del reglamento vigente (note que el reglamento contempla incluso la expulsión de la UCR para casos de copia)
    • Las tareas cortas tendrán un plazo de entrega indicado en cada una de ellas, se trata de asignaciones individuales
    • Es obligatorio que cada estudiante lea el reglamento de Régimen Académico Estudiantil

    Calendarización
    Ver calendario en el sitio web del curso.

    Bibliografía
    • Texto
      • Stallings, W., Computer organization and architecture, Pearson, 10a edición, 2016
    • Referencias alternativas
      • Brey, B., Los microprocesadores Intel , 7a edición, Pearson Education, 2006
      • Bryant, R.y O'Hallaron, D., Computer systems, a programmer's perspective, 3a edición, 2015
      • Dos, R., Assembly language and computer architecture using C++ and Java , 1a edición, Thomson Course technology, 2004
      • Mano, M., Diseño digital , 4a edición, Prentice Hall, 2006
      • Mano, M., Arquitectura de computadores , 3a edición, Prentice Hall, 1992
      • Seymor, A.F., Basic electronic components , Elenco™ electronics Inc., 2004
      • Tanenbaum, A.S., Organización de computadores, un enfoque estructurado , Prentice Hall, 1992
      • Wakerly, J.F., Diseño digital, principios y prácticas, Prentice Hall, 4a edición, 2005