Lic. Matemática e Ciências da Computação, 2ºano

1998/99

Listagem dos docentes da disciplina e modos de os contactar

Definição sumária dos objectivos da disciplina

Programa proposto para o semestre, quer em termos de sessões teóricas, quer teórico-práticas

Lista da documentação necessária para um acompanhamento eficaz da disciplina

Metodologia de avaliação adoptada, e sua implementação ao longo do semestre

Listagem dos sumários das aulas (teóricas e teórico-práticas), a construir ao longo do semestre, e com eventuais links para locais com informação relevante.

Compilação da documentação produzida para apoio ao funcionamento da disciplina, em complemento da bibliografia recomendada. Contém essencialmente cópias de acetatos (a maioria comentados), e listas de exercícios.

Equipa docente

Objectivos

Pretende-se com esta disciplina - relacionada com a engenharia dos computadores - que os alunos adquiram os conceitos fundamentais relativos ao funcionamento dum computador, nomeadamente:

Para atingir estes últimos objectivos a disciplina segue uma estrutura e orientação que tira partido da formação de base dos estudantes em linguagens de programação: a partir de programas em C ou Pascal são introduzidas as características da linguagem máquina, com sessões teórico-práticas em metodologia de programação em linguagem máquina, baseadas no instruction set de um processador real simulado (MIPS R2000/R3000).

Introdução à organização e estrutura de um computador

Representação da informação num computador: de caracteres, de valores numéricos (com destaque para inteiros e reais), de instruções em linguagem máquina.

Introdução à organização interna de um computador: o processador principal, a memória (e respectiva hierarquia de organização), os barramentos e os periféricos (e respectivos controladores).

A estrutura interna dum processador e o seu funcionamento básico na execução de instruções. Operações e operandos num processador; formatos de instruções; a tomada de decisões.

Níveis de abstracção num computador: do HLL à linguagem máquina.

Mecanismos na execução de programas: a edição do programa, a conversão entre níveis (compilador, interpretador, assembler), a junção de módulos e sua preparação para execução (linker e loader).

O modelo de programação em linguagem máquina: os registos visíveis ao programador, os modos de acesso aos operandos, os tipos de instruções.

Análise dum instruction set dum processador RISC (MIPS): operações aritméticas e de transferência de informação, instruções para a tomada de decisões e para suporte à invocação de procedimentos.

Metodologia de construção de programas em assembly, com análise detalhada de exemplos, e com suporte a um simulador do processador no desenvolvimento de técnicas.

Aplicação da metodologia a um processador CISC (i86), realçando as diferenças: no acesso a operandos em memória, na especificação de operandos em instruções lógicas/aritméticas, e na invocação de procedimentos/funções.

Especificação e construção de uma ALU para adição/subtracção de inteiros, a partir dos operadores AND, OR e INV.

Análise detalhada da realização de operações aritméticas e lógicas num processador RISC (MIPS): adição/subtracção de inteiros, operações de manipulação de bits, algoritmos para a multiplicação/divisão de inteiros, algoritmos nas operações em vírgula flutuante.

Identificação das características a medir num computador (latência e throughput), e suas influências nos tempos de execução dum programa.

Métricas na medição do desempenho; factores na arquitectura que influenciam o desempenho.

Selecção de programas para o cálculo do desempenho (benchmarks), com análise do SPEC.

Introdução aos princípios da localidade (espacial e temporal) e propriedades numa hierarquia de memória (inclusão e consistência). Alternativas de implementação (cache, memória virtual, disco).

Conceitos associados a cada nível da hierarquia: bloco (linha/página), hit, miss, colocação e modo de acesso aos blocos, estratégias de substituição de blocos e estratégias de escrita.

Bibliografia

A disciplina Arquitectura de Computadores vai seguir essencialmente o livro:

nomeadamente os capítulos 1.Computer Abstractions and Technology, 2.The Role of Performance, 3.Instructions: Language of the Machine, 4.Arithmetic for Computers e 7.Large and Fast: Exploiting Memory Hierarchy, bem como o apêndice A (Assemblers, Linkers and the SPIM Simulator).

Avaliação

A disciplina de Arquitectura de Computadores está organizada em aulas teóricas (2*1h/sem) e em sessões teórico-práticas (2h/sem). A frequência às aulas teóricas não é obrigatória, mas é recomendada; a participação nas sessões teórico-práticas é obrigatória, existindo controlo de presenças; com mais de 1/3 de faltas o aluno poderá não ser admitido a exame.

As aulas teóricas são utilizadas para se transmitirem os conceitos necessários à compreensão da matéria. O material leccionado nestas aulas é encadeada, pelo que se torna indispensável o seu regular acompanhamento. A avaliação da capacidade de compreensão dos conhecimentos obtidos com o material leccionado nas aulas teóricas é realizada através de exames, e tem 50% do peso da disciplina.

As sessões teórico-práticas têm por objectivo aplicar os conceitos adquiridos nas teóricas e ainda desenvolver técnicas de programação em linguagem máquina. A prática na utilização destas técnicas de programação adquire-se com a resolução de exercícios e/ou construção de pequenos programas, os quais serão propostos semanalmente para resolução fora das aulas; alguns destes são de resolução individual e entrega obrigatória para avaliação, outros são apenas para teste dos conhecimentos adquiridos. A avaliação do trabalho desenvolvido ao longo destas sessões tem também 50% do peso da disciplina, repartido por duas componentes:

• 10% da nota final (2 valores) são atribuídos em função da assiduidade e da participação nas sessões teórico-práticas;
• 40% da nota final para avaliar a capacidade de resolução de problemas em exame escrito.

Os inscritos com estatuto de trabalhador-estudante - ou outros impossibilitados de frequentar as sessões teórico-práticas, devidamente justificados - poderão substituir a componente de avaliação relativa à participação nas sessões (com 10% do peso) por outra alternativa e equivalente, desde que dêem conhecimento da sua situação no início do semestre.

• componente teórica do exame: 50%
• componente prática do exame: 40%
• participação nas sessões teórico-práticas: 10%