Obiettivi formativi
Proporre un percorso che, partendo dalla rappresentazione dell’informazione e passando per lo studio delle reti logiche, arrivi a definire i fondamentali aspetti architetturali dei calcolatori elettronici.
Il corso prevede, oltre a lezioni teoriche, una serie di esercitazioni in aula sulla parte di reti logiche e in laboratorio sulla parte di assembly IA-32.
Con riferimento agli Indicatori di Dublino:
Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso introduce i primi concetti relativi all'architettura degli elaboratori. Particolare enfasi è data alla comprensione delle architetture classiche basate sul Modello di Von Neumann. Il testo di riferimento è in italiano, ma viene altresì utilizzata durante le lezioni la terminologia in lingua inglese come avviamento alla consultazione di letteratura scientifica internazionale.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Le conoscenze teoriche presentate vengono sempre applicate alla risoluzione di problemi specifici. Le esercitazioni che affiancano il corso sono incentrate sulla risoluzione di esercizi e problemi, con particolare riferimento all'interfaccia tra hardware e software. Spesso i metodi risolutivi vengono presentati sotto forma algoritmica, sviluppando negli studenti la capacità di strutturare procedure utili in numerose parti dell'informatica e non solo nello studio dell'architettura degli elaboratori.
Autonomia di giudizio
Gli esercizi, che vengono proposti relativamente alla parte teorica svolta a lezione, possono venire risolti individualmente o in gruppo. Il confronto con i compagni di corso, nel lavoro a casa o durante gli svolgimenti in aula, favorisce lo sviluppo di capacità specifiche per poter a chiarire ai compagni o ai docenti le proprie argomentazioni. Spesso gli esercizi proposti possono venire risolti in modi molto diversi e l'ascolto delle soluzioni proposte da altri permette di sviluppare la capacità di individuare strutture comuni, al di là delle apparenti differenze superficiali.
Abilità comunicative
Le numerose discussioni sui diversi metodi per risolvere i problemi proposti consentono di migliorare le capacità di comunicazione. Vengono inoltre abitualmente utilizzate durante le spiegazioni (ed esplicitamente evidenziate in classe) alcune modalità di comunicazione specifiche della tecnologia informatica.
Capacità di apprendimento
Lo studio delle origini delle soluzioni tecnologiche e la loro introduzione motivata da considerazioni quantitative contribuisce a realizzare negli studenti la capacità di apprendere in modo profondo e non soltanto superficiale e ripetitivo. Le conoscenze così acquisite non sono mai rigide e definitive, ma sono perfettamente adattabili ad ogni evoluzione e cambiamento di prospettiva e di contesto.
Prerequisiti
Nessuno
Contenuti dell'insegnamento
I parte – Introduzione ai sistemi di elaborazione
II parte – Livello logico
III parte – Livello funzionale
IV parte – Architettura e linguaggio assembly IA-32
V parte – Livello software
VI parte – Livello micro-architettura
Programma esteso
I parte – Introduzione ai sistemi di elaborazione
Sistemi di elaborazione
Evoluzione storica e tecnologica
Architettura e organizzazione dei calcolatori elettronici
Modelli di sistema e livelli di astrazione
Sistemi di numerazione binario, esadecimale e ottale
Rappresentazione binaria dei numeri reali
Informazioni di carattere alfanumerico
Rappresentazione di suoni, immagini e video
II parte – Livello logico
Algebra delle reti
Circuiti logici elementari
Forme canoniche e trasformazioni
Minimizzazione logica
Reti combinatorie
Reti sequenziali
III parte – Livello funzionale
Relazione tra livello funzionale e livello micro-architettura
Organizzazione di un calcolatore moderno
Il repertorio delle istruzioni
La CPU
I sistemi di memoria
Il sottosistema di I/O
IV parte – Architettura e linguaggio assembly IA-32
Architettura IA-32
Le CPU IA-32: gestione della memoria, registri, flag
Istruzioni dell’assembly IA-32
Set di istruzioni aggiuntive dei moderni microprocessori: MMX, 3DNow!, SSE, SSE2
Programmazione assembly ed interfaccia con il linguaggio C
V parte – Livello software
Cenni al sistema operativo
Cenni alla struttura dei compilatori di linguaggi tipo-C
Cenni alla generazione di codice assembly per un sotto-insieme del C
VI parte – Livello micro-architettura
La microarchitettura: progettazione hardwired e micro-programmata
Approfondimenti sulle architetture micro-programmate
Cenni alla struttura di una architettura micro-programmata compatibile con le CPU tipo NMOS 6502
Gestione del I/O a livello micro-architettura: interrupt e DMA
Interazione con il livello software
Bibliografia
David A. Patterson, John L. Hennessy. Struttura e Progetto dei Calcolatori, Zanichelli, 2006.
Giacomo Bucci. Architettura e organizzazione dei calcolatori elettronici - Fondamenti, McGraw-Hill, 2004.
William Stallings. Architettura e organizzazione dei calcolatori - Progetto e prestazioni, Addison Wesley, 2004.
Andrew S. Tanenbaum. Architettura dei Calcolatori, 5a edizione, Prentice Hall, 2006.
Randall Hyde. The Art of Assembly Programming, disponibile online.
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio
Modalità verifica apprendimento
Risultati dell'apprendimento e modalità di verifica
Saper comprendere e utilizzare in modo appropriato le tecniche relative alla rappresentazione dell'informazione. Saper lavorare a livello logico nella progettazione di semplici reti combinatorie e sequenziali sincrone. Conoscere l'architettura di base degli elaboratori secondo il Modello di Von Neumann sia a livello funzionale che di micro-architettura. Conoscere e saper utilizzare le principali tecniche di programmazione in linguaggio assembly per architetture classiche.
Modalità di verifica/esame
L'esame consiste in una prova scritta e un colloquio orale a cui si accede solo al superamento della prova scritta. E' possibile sostenere più volte la prova scritta ma ogni scritto consegnato annulla lo scritto precedente.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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