Arquitectura e Ingeniería de Computadores (2011)

Topic outline

• General

  Máquinas Eléctricas I

  Forum: 1
• Arquitectura e Ingeniería de Computadores (2011)
  
  

  Arquitectura e Ingeniería de Computadores (2011)

  Arquitectura e Ingeniería de Computadores (2011)       Profesores Valentín Puente Varona Pablo Abad Fidalgo Departamento de Electrónica y Computadores

  El objetivo fundamental de la asignatura es facilitar al alumno/a una visión precisa de cómo el software interacciona con el hardware subyacente. El alumno/a debe adquirir una visión aproximada de cómo funciona el procesador y el sistema de memoria de un computador actual.

  En particular, se espera que el alumno/a este capacitado para llevar a cavo evaluaciones cualitativas, utilizando las figuras de merito, sobre el rendimiento de un computador ejecutando un programa, y sepa efectuar comparaciones adecuadas entre diferentes opciones de diseño alternativas. Comprender las técnicas concurrentes utilizadas por los computadores actuales, para reducir el tiempo de ejecución de forma implícita o explicita al código máquina ejecutado. Ser conscientes del impacto que tiene en el rendimiento del computador las decisiones tomadas a la hora de programar en alto nivel.

  Relacionar la evolución en las técnicas de integración con los cambios sufridos en la arquitectura de los computadores actuales y como sus restricciones condicionaran la evolución futura de los computadores.

   
  

  Palabras Clave de la Asignatura TLP, Coste, Paralelismo, Arquitectura de Computadores, Procesador, Rendimiento, DLP, ILP, ISA, Micro-Arquitectura.
• Programa

  

   

   

  Datos identificativos de la Asignatura Asignatura:  Arquitectura e Ingeniería de Computadores Código: 5411 Departamento / Área: Departamento de Electrónica y Computadores Título: Grado en Ingenieria Informática Centro: Facultad de Ciencias Créditos ECTS: 6 Idioma de impartición: Español Profesor responsable: Valentín Puente Varona Otros profesores: Pablo Abad Fidalgo

   

   
  

   
  

      Programa de la asignatura    

   
  

  Tema 1. Fundamentos del diseño de computadores

  • Qué es un computador y que papel juega en su desarrollo la arquitectura de computadores.

  • Tendencias y dependencias.

  • Métricas de evaluación: parámetros y fundamentos tecnológicos:

    • Coste.

    • Rendimiento.

    • Consumo energético.

    • Fiabilidad.

   
  

  Tema 2. El repertorio de instrucciones
  

  • La frontera hardware/software.

  • Definición y virtudes a perseguir por el repertorio de instrucciones: perspectiva histórica.

  • Influencia de los compiladores y la implementación.

  • Modelos de ISA: memoria, acumulador, stack y registros.

  • Modos de direccionamiento.

  • Control de flujo.

  • Filosofía RISC y CISC.

   
  

  Tema 3. Jerarquía de Memoria I: memorias caché
  

  • Tendencias y coste en tecnologías de almacenamiento.

  • El efecto “Memory–Wall”.

  • Localidad espacial y temporal y justificación de la jerarquía de memoria.

  • Implementación de las cachés.

  • El ABC de las cachés: asociatividad, tamaño de bloque y capacidad.

  • Modelo de las 3C en los fallos de caché.

  • Prefetch software y prefetch hardware.

  • Políticas de escritura.

  • Evaluación y métricas de efectividad en las cachés.

  • Efecto de la caché en el rendimiento del procesador.

   
  

  Tema 4. Jerarquía de Memoria II: memoria principal
  

  • Memoria Virtual:

    • Parámetros.

    • Traducción de direcciones.

    • Tabla de páginas.

    • Reducción del coste en el proceso de traducción.

    • Caches físicas y virtuales.

  • DRAM:

    • Implementación de memoria de alta densidad DRAM.

    • Fiabilidad en memoria: detección y corrección de errores.

    • Evolución histórica de las memorias DRAM: memorias modo página, página rápida, SDRAM y DDRAM.

   
  

  Tema 5. ILP 1: segmentación
  

  • Repaso segmentación.

  • Dependencias de datos.

  • Dependencias de control:

    • Predicción dinámica de saltos.

    • Ejecución especulativa.

   

  Tema 6. ILP 2: Multi-Issue

  • Limites de la segmentación.

  • Ejecución superescalar.

  • Pipelines diversificados: pipelines 2-wide issue, unidades FP.

  • Implicaciones Multi-Issue:

    • Fech de múltiples instrucciones y trace caché.

    • Wide decode.

    • Dependencias y redes de cortocircuito.

    • Wide write back.
  • Wide-Issue con planificación estática: VLIW.

   

  Tema 7. ILP 3: planificación dinámica

  • Limitaciones de la ejecución en orden.

  • Planificación estática y dinámica de instrucciones:

    • Buffer de instrucciones y registros físicos y lógicos.

  • Algoritmos de planificación dinámica:

    • Scoreboard.

    • Tomasulo.

  • Estado preciso y ejecución especulativa con planificación dinámica: alternativas de diseño:

    • Arquitectura ROB/RS segmentada.

    • Arquitectura con renombre verdadero.
  • Dependencias en instrucciones de acceso a memoria y acceso especulativo a memoria.

   

  Tema 8. TLP I: multiprocesarores

  • Verificabilidad y límites en la complejidad de diseño: perspectiva histórica de la ley de Moore.

  • Paralelismo a nivel de Thread.

  • SMP.

  • Coherencia caché.

  • Sincronización.

  • Consistencia en Memoria

   

  Tema 9. TLP II: multiprocesadores on-chip y multithreading

  • FCMT.

  • FGMT.

  • SMT.

  • CMP.

  • Sun Niagara.

   

  Tema. 10 DLP

  • Aprovechamiento del paralelismo a nivel de datos con vectoriales.

  • Extensiones vectoriales del ISA.

  • Acelaración vectorial basada en GPU.

• Bibliografía

  
  

    

   
  

      Básica    

   

  •  Henessy, D. & Patterson, D.A. (2007): «Computer architecture: a quantitative aproach». Morgan Kaufmann. 4ª Ed. ISBN : 978-0-12-370490-0.

   

   

   

      Complementaria    

   

  • Shen, J.P. & Lipasti, M.H. (2006): «Modern microprocessor design». McGraw Hill. 1ª Ed. ISBN : 0-07-057064-7.

• Materiales de Clase

  

   

   

  • MC-F-001. Presentación de la asignatura.
  • MC-F-002. Tema 1. Fundamentos del diseño de computadores.
  • MC-F-003. Tema 2. El repertorio de instrucciones.
  • MC-F-004. Tema 3. Jerarquía de Memoria I: memorias caché.
  • MC-F-005. Tema 4. Jerarquía de Memoria II: memoria principal.
  • MC-F-006. Tema 5. ILP 1: segmentación.
  • MC-F-007. Tema 6. ILP 2: Multi-Issue.
  • MC-F-008. Tema 7.1. ILP 3: planificación dinámica (1).
  • MC-F-009. Tema 7.2. ILP 3: planificación dinámica (2).
  • MC-F-010. Tema 8. TLP I: multiprocesarores.
  • MC-F-011. Tema 9. TLP II: multiprocesadores on-chip y multithreading.
  • MC-F-012. Tema 10. DLP.
  • MC-F-013. Tema 11. Putting it all together: Intel Nehalem.
• Prácticas

  
  

    

   
  

  • PR-F-001. Práctica 1. Introducción al laboratorio de AIC.
  • PR-F-002. Práctica 2. Jerarquía de memoria.
  • PR-F-003. Práctica 3. Paralelismo a nivel de instrucción.
  • PR-F-004. Práctica 4. Complemento ILP y previo TLP.
    
  • PR-F-005. Práctica 5. Paralelismo a nivel de Thread.
• Ejercicios

  

   

    

  • EP-F-001. Hoja de problemas 1. Fundamentos de diseño de computadores.
    

  • EP-F-002. Hoja de problemas 2. Jerarquía de Memoria.
    

  • EP-F-003. Hoja de problemas 3. ILP.

  • EP-F-004. Hoja de problemas 4. TLP & DLP.
• Pruebas de Evaluación

  

   
  

   
  

      Criterios de evaluación    

   
  

  60% Teoría

  • Examen escrito en junio.

     

  40% Prácticas

  1. Parte obligatoria calificable mediante examen escrito en junio. Su contribución a la nota de la Práctica será 6/10, aproximadamente.

  2. Parte opcional calificable por Memoria + Presentación. Su contribución a la nota de la Práctica será 4/10, aproximadamente. Descripción de la Evaluación Continua: actividades que debe desarrollar el alumno/a y su valoración.

• Guía de Aprendizaje

  

   

   
  

  •   Aquí puede descargarse la Guía de Aprendizaje en formato PDF.
• Sobre el Profesor

  

   
  

   

  Valentín Puente Varona   Departamento de Electrónica y Computadores UNIVERSIDAD DE CANTABRIA   Más información

   

  Pablo Abad Fidalgo   Departamento de Electrónica y Computadores UNIVERSIDAD DE CANTABRIA   Más información