 |
Sistemas de Computação |
| |
Sistemas de Computação |
Semana: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15
Última Modificação:06 Jun 2014
| departamento de informática |  |
Nota 1: Os sumários das aulas que já ocorreram estão a preto, enquanto as propostas de sumário para as sessões seguintes estão a cinzento. Sempre que haja documentação a disponibilizar pertinente para uma sessão que ainda não decorreu, essa indicação deixa de estar a cinzento.
Nota 2: As referências nos sumários a textos de consulta estão abreviadas para Sta (livro/resumo de Stallings, sugerido como complementar em anos anteriores), Bry (livro/resumo de Bryant), e P&H (livro de Patterson & Hennessy ); são normalmente seguidas do respectivo capítulo/secção, e quando existe em formato electrónico é indicado o respectivo link.
Semana
1
17-fev-14 (PL1, PL3, PL4, PL6)
Não houve aulas ainda.
21-fev-14 (T)
Metodologia de funcionamento da disciplina: princípios básicos, modo de funcionamento,
elementos e modelos de avaliação (informação complementar
em formato electrónico, e relativo ao ano em
curso, em
http://gec.di.uminho.pt/lei/sc/).
Introdução aos conceitos de "computador" e de "informação" no contexto
de um computador.
Introdução à representação da informação no
computador utilizando números binários (bits): texto, números (referência a
inteiros e reais), imagens e comandos para o processador.
(Notas de estudo: cópia dos slides
ISC_1
e
texto
ISC
(Cap.1) ).
21-fev-14 (PL2, PL5)
Não houve aulas ainda.
Semana 2
24-fev-14 (PL1, PL3,
PL4, PL6)
Sistemas de numeração e conversão
de bases. Representação binária
de valores positivos e negativos (sinal e amplitude, complemento para
1, complemento para
2, por excesso).
(Notas de estudo: notas sobre
representação binária de números;
enunciado do TPC1, para ser entregue, impreterivelmente, até à hora de início da sessão TP
seguinte).
28-fev-14 (T)
Representação da informação no computador (cont.): texto e respectivos
alfabetos (análise dos códigos Baudot, Braille, ASCII 7/8 bits e UNICODE,
codificação de informação audiovisual com introdução a técnicas de
compactação; codificação dos comandos de controlo de um processador.
Estrutura interna dum computador:
estrutura e funções do processador (a unidade de controlo, o conjunto
de registos e as unidades funcionais), a organização da memória (noção
de endereço e de célula) e o sistema de interligação (conjunto de
sinais em cada módulo, CPU, memória, I/O).
Interligação de componentes
num computador: interacções entre componentes, análise de ligações - do
CPU, da memória primária e dos módulos de I/O - e caracterização das estruturas
de ligação, com destaque para a arquitectura típica de
um PC.
(Notas de estudo: continuação dos slides da aula anterior, cópia dos
slides
ISC_2 e texto
ISC
(Cap.2); complementar: Sta
Ch1.1
e 1.2 e
Ch
3.1, 3.2).
28-fev-14 (PL2,
PL5)
Sistemas de numeração e conversão
de bases. Representação binária
de valores positivos e negativos (sinal e amplitude, complemento para
1, complemento para
2).
(Notas de estudo: notas sobre
representação binária de números;
enunciado do TPC1, para ser entregue, impreterivelmente, até à hora de início da sessão TP
seguinte).
Semana 3
03-mar-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Resolução de exercícios com binários inteiros.
Representação binária de valores reais em vírgula flutuante (noção e vantagens
duma normalização) e apresentação da norma IEEE 754 na representação de valores
em vírgula flutuante.
(Notas de estudo: mesmas notas sobre representação binária de números;
complementar: Sta (Ch8.4);
ficheiro
TPC1r com os resultados
dos exercícios propostos em TPC1; enunciado do
TPC2, cuja resolução
deverá ser entregue no início da sessão TP seguinte).
07-mar-14 (T)
Introdução aos
níveis de abstracção presentes num computador (o nível HLL, o nível da linguagem
assembly e o da linguagem máquina) e respectivos mecanismos de conversão
(compilação, assembly (montagem) e interpretação); análise detalhada dos
mecanismos na execução de um programa em C numa arquitectura IA32. Breve
introdução ao modelo de computador von Neumann.
Análise detalhada da execução de uma instrução em linguagem máquina: a
busca de uma instrução à memória, caracterizando os barramentos de endereços,
controlo e de dados, a actualização do apontador para a próxima instrução (IP),
a descodificação duma instrução e a sua execução (incluindo a eventual busca de
operando(s) à memória).
(Notas de estudo: texto ISC (Cap. 3, 4.1 e 4.2) e slides
ISC_3
; complementar: Sta (Ch 3.2) )
07-mar-14 (PL2,
PL5)
Resolução de exercícios com binários inteiros.
Representação binária de valores reais em vírgula flutuante (noção e vantagens
duma normalização) e apresentação da norma IEEE 754 na representação de valores
em vírgula flutuante.
(Notas de estudo: mesmas notas sobre representação binária de números;
complementar: Sta (Ch8.4);
ficheiro
TPC1r com os resultados
dos exercícios propostos em TPC1; enunciado do
TPC2, cuja resolução
deverá ser entregue no início da sessão TP seguinte).
Semana 4
10-mar-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Análise crítica da resolução
de exercícios com valores em vírgula flutuante.
(Notas de estudo: texto do
enunciado do TPC3 (e respectivo guião teatral), cuja resolução
deverá ser entregue no início da sessão TP seguinte;
ficheiro
TPC2r
com os resultados dos exercícios propostos em TPC2).
14-mar-14 (T)
Análise
do processador ao nível da arquitectura do instruction set (ISA):
(i) introdução às operações num processador, com análise do n.º de operandos em
cada instrução e à localização de operandos (escalares em registos, e
estruturados em memória), (ii)
registos visíveis ao programador (em arquitecturas RISC e no IA-32),
(iii) modos de acesso aos operandos (em arquitecturas RISC e no IA-32), (iv)tipos de instruções presentes num processador (para
transferência de informação, operações aritméticas e lógicas, para
controlo do fluxo de execução), (v) análise de formatos de instruções (em
processadores RISC e no IA-32), (vi) instruções de input/output, (vii)
ordenação em memória dos
bytes presentes num número constituído por vários bytes (little-endian, big-endian).
(Notas de estudo: ISC
(Cap. 4.3 a 4.5, 5,1 a 5.3 e 5.7), Bry (Ch.1.5 e 1.6); slides
ISC_4 ; recomenda-se
ainda a leitura dos slides
ISC_5, relativo a comunicação de dados e
redes, elaborados essencialmente com base no livro "Introdução às
Tecnologias de Informação. Bloco II", de Artur A. Azul, Porto Editora, 2005
(Cap. 6.1))
14-mar-14 (PL2,
PL5)
Análise crítica da resolução
de exercícios com valores em vírgula flutuante.
(Notas de estudo: texto do
enunciado do
TPC3 (e respectivo guião teatral), cuja resolução
deverá ser entregue no início da sessão TP seguinte; ficheiro
TPC2r
com os resultados dos exercícios propostos em TPC2).
17-mar-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Análise crítica da resolução
de exercícios com inteiros e com valores em vírgula flutuante.
Debate com resolução dos exercícios propostos no TPC3, como preparação para
a sessão experimental baseada numa representação teatral.
(Notas de estudo: incluídas no enunciado do TPC3, tal como o texto do
guião teatral para a próxima aula; ficheiro
TPC3r com os resultados dos exercícios
propostos)
21-mar-14 (T)
Análise do nível ISA do IA-32
em Linux: modelo da arquitectura ISA do IA-32 no desenvolvimento de programas; modos de especificação de operandos
e de modos de os aceder nas instruções mais comuns de transferência de
informação e em operações aritméticas/lógicas.
(Notas de estudo: a
bibliografia de base desta e das próximas aulas sobre o nível ISA segue
quase exclusivamente o livro CSAPP, com destaque para o Ch.3;
as noções apresentadas
e analisadas nos dois primeiros capítulos do livro foi sendo coberta
pelo texto entretanto disponibilizado (ISC), enquanto esta aula e a
seguinte seguem essencialmente as secções 3.4 e 3.5 do livro; o
ficheiro electrónico com a versão preliminar dos três primeiros
capítulos do livro encontra-se disponível, para estudo,
aqui,
1.51MB; slides
ISA_1 e
ISA_2 )
21-mar-14 (PL2,
PL5)
Análise crítica da resolução
de exercícios com inteiros e com valores em vírgula flutuante.
Debate com resolução dos exercícios propostos no TPC3, como preparação para
a sessão experimental baseada numa representação teatral.
(Notas de estudo: incluídas no enunciado do TPC3, tal como o texto do guião
teatral para a próxima aula;
ficheiro
TPC3r
com os resultados dos exercícios propostos)
24-mar-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Treino das capacidades de visualização de
conceitos sobre sistemas de computação, através de um exercício experimental com
estudantes-atores: 8 atores representaram a execução de instruções em
linguagem máquina (corpo de uma função em C compilada para IA-16).
(Notas de estudo: texto do
guião teatral foi divulgado com o TPC3)
28-mar-14 (T)
Caracterização das arquitecturas RISC.
Oportunidades para melhorar o desempenho de sistemas de computação: com
introdução de paralelismo ao nível da instrução (paralelismo desfasado, pipeline; ao nível dos dados,
computação vetorial; paralelismo
"real", VLIW e super-escalaridade), e no acesso à memória e sua hierarquização (interleaving,
data-width, cache).
Evolução da arquitectura IA-32 nos processadores da Intel, do i8086 ao Sandy/Ivy
Bridge, e Intel Many Integrated Core, MIC (Xeon Phi).
(Notas de estudo: novo conjunto de
slides da série ISC,
ISC_6,
que poderão ser complementados com vários sites na Web a pesquisar a partir do Wikipedia)
28-mar-14 (PL2,
PL5)
Treino das capacidades de visualização de
conceitos sobre sistemas de computação, através de um exercício experimental com
estudantes-atores: 8 atores representaram a execução de instruções em
linguagem máquina (corpo de uma função em C compilada para IA-16).
(Notas de estudo: texto do
guião teatral foi divulgado com o TPC3)
Semana 7
31-mar-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Continuação do exercício experimental da semana anterior.
(Notas de estudo: o enunciado do
TPC4, contendo um guião laboratorial, e
cuja resolução dos exercícios propostos deverá
ser entregue até à hora de início da sessão TP da semana seguinte; ficheiro
TPC3r
reformulado com o resultado do guião teatral; notas
adicionais para este trabalho laboratorial: (i) as sessões
laboratoriais da próxima semana serão num dos Lab. Informática do GAE no CP2
(Piso 2), (ii) a plataforma computacional a usar
sempre será um servidor Unix (Linux) com as ferramentas GCC adequadas para SC,
acessível remotamente (ler o guião para saber como),e (iii) disponibiliza-se
aqui uma
introdução ao ambiente Unix.)
04-abr-14 (T)
Análise do nível ISA do IA-32 em Linux:
instruções específicas para manuseamento de apontadores e
para controlo do fluxo de execução de instruções (conceito de códigos
de condição e estrutura da codificação de jumps);
técnicas de codificação de
estruturas de controlo presentes em C: if-else (generalização), do-while,
while,
for, switch.
(Notas de estudo: Bry (Ch 3.6), e slides
ISA_3 )
04-abr-14 (PL2,
PL5)
Continuação do exercício experimental da semana anterior.
(Notas de estudo: ficheiro
TPC3r
reformulado com o resultado do guião teatral;
o enunciado do
TPC4,
contém um guião laboratorial, e a resolução dos exercícios propostos deverá
ser entregue até à hora de início da sessão TP da semana seguinte; notas
adicionais para este trabalho laboratorial: (i) as sessões
laboratoriais da próxima semana serão num dos Lab. Informática do GAE no CP2
(Piso 2), (ii) a plataforma computacional a usar
sempre será um servidor Unix (Linux) com as ferramentas GCC adequadas para SC,
acessível remotamente (ler o guião para saber como),e (iii) disponibiliza-se
aqui uma
introdução ao ambiente Unix.)
Semana 8
07-abr-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Introdução aos níveis de
abstracção dum computador, em ambiente laboratorial em Linux/IA-32, e
respectivos mecanismos de conversão e análise
(gcc,
objdump,
gdb).
(Notas de estudo: o texto do guião laboratorial foi divulgado com o enunciado do
TPC4, na semana anterior, estando
aqui a sua resolução; Bry (Ch. 3.2) tem informação que complementa o material coberto nesta
sessão laboratorial; enunciado do
TPC5,
cuja resolução deverá ser entregue no início da sessão
TP seguinte, que decorrerá como normalmente numa sala de aula e não no
laboratório)
11-abr-14 (T)
Análise do nível ISA do IA-32 em Linux:
introdução às propriedades das funções em C para análise do suporte
requerido ao nível do ISA;
exemplo com análise detalhada da estrutura do código e dos contextos
para suporte à invocação e regresso de procedimentos/funções em HLL (C em particular); análise da
stack no caso de funções aninhadas e recursivas.
(Notas de estudo: Bry (Ch 3.7), slides
ISA_4 e um subconjunto desses slides, com
animações,
em PowerPoint)
11-abr-14 (PL2,
PL5)
Introdução aos níveis de
abstracção dum computador, em ambiente laboratorial em Linux/IA-32, e
respectivos mecanismos de conversão e análise
(gcc,
objdump,
gdb).
(Notas de estudo: o texto do guião laboratorial foi divulgado com o enunciado do
TPC4, na semana anterior, estando
aqui a sua resolução;
Bry (Ch. 3.2) tem informação que complementa o material coberto nesta
sessão laboratorial; enunciado do
TPC5,
cuja resolução deverá ser entregue no início da sessão
TP seguinte, que decorrerá como normalmente numa sala de aula e não no
laboratório)
Semana 9
21-abr-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Não houve aulas (Férias da Páscoa).
25-abr-14 (T)
Não houve aulas (feriado).
25-abr-14 (PL2,
PL5)
Não houve aulas (feriado).
Semana 10
28-abr-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Não houve aula, mas foi transferida para a semana seguinte e a ser
compensada na quarta dia 7-mai-14.
02-mai-14 (T)
Análise do nível ISA do IA-32 em Linux:
revisão dos modelos RISC e CISC e
análise comparativa do modelo de implementação de funções numa
arquitectura RISC (MIPS)
versus IA-32; .
(Notas de estudo: slides
ISA_5
)
02-mai-14 (PL2,
PL5)
Resolução de alguns exercícios do TPC5 (operações e
acessos a operandos, e instruções de salto, do IA-32 em Linux).
(Notas de estudo:
enunciado do
TPC6,
com guião laboratorial incluído, cuja resolução deverá ser entregue no início da sessão
laboratorial; a próxima sessão TP será no mesmo laboratório que a última sessão
experimental; exercícios resolvidos do
TPC5r )
Semana 11
05-mai-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Resolução de alguns exercícios do TPC5 (operações e
acessos a operandos, e instruções de salto, do IA-32 em Linux).
(Notas de estudo: enunciado do
TPC6,
com guião laboratorial incluído, cuja resolução deverá ser entregue no início da sessão
laboratorial; a próxima sessão TP será no mesmo laboratório que a última sessão
experimental;
exercícios resolvidos do
TPC5r )
07-mai-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Análise laboratorial de código
C compilado por ferramentas da GNU em Linux para o IA32, contendo
acesso a uma função e uma estrutura de controlo
while (com utilização do depurador
gdb).
(Notas de estudo: o texto do guião laboratorial foi divulgado com o enunciado do
TPC6, na semana anterior; o manual de
utilização do depurador disponibilizado pela GNU está em
Debugging
with DBG
, mas existe
uma cópia local duma versão mais antiga em PDF
aqui (2.04MB))
09-mai-14 (T)
Análise do nível ISA do IA-32 em Linux:
impacto da estruturação da
informação numa HLL na execução desse código, organização em memória e métodos de acesso e manipulação de
dados estruturados em C, com respectiva análise da codificação para assembly
(arrays uni-dimensionais, vulgo vetores,
arrays
multi-dimensionais,
structures, union).
(Notas de estudo: Bry (Ch
3.8 e 3.9); slides
ISA_6 )
09-mai-14 (PL2,
PL5)
Análise laboratorial de código
C compilado por ferramentas da GNU em Linux para o IA32, contendo
acesso a uma função e uma estrutura de controlo
while (com utilização do depurador
gdb).
(Notas de estudo: o texto do guião laboratorial foi divulgado com o enunciado do
TPC6, na semana anterior; o manual de
utilização do depurador disponibilizado pela GNU está em
Debugging
with DBG
, mas existe
uma cópia local duma versão mais antiga em PDF
aqui (2.04MB))
Semana 12 (Semana do Enterro da Gata)
12-mai-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Não houve aula (de acordo com o calendário escolar da EEUM).
16-mai-14 (T)
Não houve aula (de acordo com o calendário escolar da EEUM).
16-mai-14 (PL2,
PL5)
Não houve aula (de acordo com o calendário escolar da EEUM).
Semana 13
19-mai-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Conclusão da utilização de ferramentas laboratoriais
de depuração de código, numa função contendo uma estrutura de controlo
while.
(Notas de estudo:
enunciado do
TPC7,
com guião laboratorial incluído, cuja resolução deverá ser entregue até
à hora de início da sessão TP seguinte (novamente em laboratório); exercícios resolvidos do
TPC6r)
23-mai-14 (T)
Avaliação de desempenho na
execução de programas: objetivos e
metodologias na avaliação de desempenho na
execução de programas; potencialidades e limitações dos compiladores; análise de
técnicas de otimização de código independentes da arquitetura do processador
(code motion,
strength
reduction, partilha de sub-expressões), e de medição (escalas temporais,
utilização de contadores de ciclos, métrica de avaliação de desempenho de
aplicações de processamento numérico de arrays, nomeadamente as componentes para o cálculo dos Ciclos
Por
Elemento, CPE).
(Notas de estudo: Bry (Ch.
3.15, Ch. 5.1 a 5.6, Ch. 9.0 e 9.3); sugere-se a leitura de P&H (Ch2.2, e 2.3);
e slides
AvDes_1 )
23-mai-14 (PL2,
PL5)
Conclusão da utilização de ferramentas laboratoriais
de depuração de código, numa função contendo uma estrutura de controlo
while.
(Notas de estudo:
enunciado do
TPC7,
com guião laboratorial incluído, cuja resolução deverá ser entregue até
à hora de início da sessão TP seguinte (novamente em laboratório); exercícios resolvidos do
TPC6r)
Semana 14
26-mai-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Análise laboratorial do código
C compilado por ferramentas da GNU em Linux para o IA32, contendo
acesso a função e a estrutura de controlo
for, com
utilização do depurador
gdb.
(Notas
de estudo: enunciado do
TPC8, com guião laboratorial incluído,
cuja resolução deverá ser entregue até à hora de início da sessão TP
seguinte;
exercícios
resolvidos do
TPC7r
)
30-mai-14 (T)
Avaliação de desempenho na execução de programas: introdução aos fatores da
arquitectura que maior impacto têm no desempenho, indispensável à compreensão
das técnicas de otimização dependentes da máquina: pipeline, super-escalaridade,
hierarquia de memória; organização hierárquica da memória: o princípio da
localidade, conceitos associados à cache e seu
desempenho, regras de codificação orientada ao desempenho; introdução à evolução
das arquiteturas para modelos many-core; introdução ao modelo de representação de um par processador-memória (no Intel P6), com
destaque para os modelos de representação do pipeline e da superescalaridade.
(Notas de estudo: Bry (Ch. 5.7); slides
AvDes_2
)
30-mai-14 (PL2,
PL5)
Análise laboratorial do código
C compilado por ferramentas da GNU em Linux para o IA32, contendo
acesso a função e a estrutura de controlo
for, com
utilização do depurador
gdb.
(Notas
de estudo: enunciado do
TPC8, com guião laboratorial incluído,
cuja resolução deverá ser entregue até à hora de início da sessão TP
seguinte;
exercícios
resolvidos do
TPC7r
)
Semana 15
02-jun-14 (PL1,
PL3, PL4, PL6)
Execução de funções com deficiências (no IA-32 em Linux), e respectiva
análise do código gerado pelo compilador (em ambiente laboratorial).
(Notas de estudo: exercícios
resolvidos do
TPC8r )
06-jun-14 (T)
Avaliação de desempenho na execução de
programas: análise de técnicas de otimização dependentes da máquina, nomeadamente a
análise do comportamento dum Intel P6 em operações iterativas e respetivas
consequências - loop
unroll e com a introdução de paralelismo e de hierarquia de
memória.
Outras
técnicas de otimização de desempenho na execução de programas: breve introdução
a técnicas usadas pelo gcc e análise da lei de Amdahl.
(Notas de estudo: Bry (Ch. 5.8, 5.10, 5.11, 5.14, 5.15); slides
AvDes_3 )
06-jun-14 (PL2,
PL5)
Execução de funções com deficiências (no IA-32 em Linux), e respectiva
análise do código gerado pelo compilador (em ambiente laboratorial).
(Notas de estudo: exercícios
resolvidos do
TPC8r )