ID:
SCV0016
Durata (ore):
80
CFU:
9
SSD:
INFORMATICA
Sede:
Varese - Università degli Studi dell'Insubria
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (23/09/2024 - 20/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso ha lo scopo di rendere gli studenti capaci di comprendere il progetto e la programmazione degli elementi costruttivi degli elaboratori. Gli argomenti in programma sono selezionati sulla base di una consolidata tradizione nell’insegnamento dell’argomento, basata sulla visione della macchina come stratificazione di macchine reali o virtuali. Il corso mira a fornire tutte le competenze relative:
1. ai fondamenti dei circuiti elettronici (visti a livello logico) e le capacità fondamentali di progettazione;
2. all'organizzazione dell'hardware degli elaboratori;
3. alle funzioni svolte dall'hardware e utilizzate dai sistemi operativi e dai programmi applicativi a livello di memoria;
4. alla progettazione di un processore reale (macchina MIPS).
Lo studente acquisisce quindi conoscenza e capacità di comprensione in riferimento:
• ai principi costruttivi e delle caratteristiche delle memorie elettroniche comunemente usate nei calcolatori;
• ai principi costruttivi e delle caratteristiche funzionali delle memorie cache;
• ai principi costruttivi delle unità di elaborazione (datapath) e delle unità di controllo.
Le abilità e capacità acquisite dallo studente al termine del corso sono:
• capacità di analizzare, progettare, ottimizzare circuiti combinatori, sia mediante tecniche basate sulla conoscenza dell’algebra Booleana sia utilizzando componenti di libreria comunemente disponibili sul mercato;
• capacità di valutare le prestazioni dei circuiti;
• capacità di analizzare, progettare, ottimizzare circuiti sequenziali, eventualmente utilizzando componenti di libreria comunemente disponibili sul mercato;
• capacità di valutare le prestazioni delle memorie cache;
• abilità di valutare autonomamente le esigenze contrastanti che si presentano nella progettazione di circuiti (costo di progettazione, costo dei componenti, velocità di elaborazione) e prendere decisioni in merito.
Grazie alla capacità –sviluppata durante tutto il corso– di rapportare puntualmente tecniche, metodi e strumenti alle caratteristiche dell’organizzazione e della progettazione degli elaboratori e delle loro componenti, lo studente svilupperà la capacità di apprendere nuove tecniche, metodi e strumenti, e anche ad affinare ed adattare autonomamente quanto appreso nel corso.
Inoltre, lo studente saprà usare i formalismi normalmente usati per descrivere circuiti e parti dei calcolatori e conoscerà la terminologia tecnica inglese comunemente usata nel campo.
1. ai fondamenti dei circuiti elettronici (visti a livello logico) e le capacità fondamentali di progettazione;
2. all'organizzazione dell'hardware degli elaboratori;
3. alle funzioni svolte dall'hardware e utilizzate dai sistemi operativi e dai programmi applicativi a livello di memoria;
4. alla progettazione di un processore reale (macchina MIPS).
Lo studente acquisisce quindi conoscenza e capacità di comprensione in riferimento:
• ai principi costruttivi e delle caratteristiche delle memorie elettroniche comunemente usate nei calcolatori;
• ai principi costruttivi e delle caratteristiche funzionali delle memorie cache;
• ai principi costruttivi delle unità di elaborazione (datapath) e delle unità di controllo.
Le abilità e capacità acquisite dallo studente al termine del corso sono:
• capacità di analizzare, progettare, ottimizzare circuiti combinatori, sia mediante tecniche basate sulla conoscenza dell’algebra Booleana sia utilizzando componenti di libreria comunemente disponibili sul mercato;
• capacità di valutare le prestazioni dei circuiti;
• capacità di analizzare, progettare, ottimizzare circuiti sequenziali, eventualmente utilizzando componenti di libreria comunemente disponibili sul mercato;
• capacità di valutare le prestazioni delle memorie cache;
• abilità di valutare autonomamente le esigenze contrastanti che si presentano nella progettazione di circuiti (costo di progettazione, costo dei componenti, velocità di elaborazione) e prendere decisioni in merito.
Grazie alla capacità –sviluppata durante tutto il corso– di rapportare puntualmente tecniche, metodi e strumenti alle caratteristiche dell’organizzazione e della progettazione degli elaboratori e delle loro componenti, lo studente svilupperà la capacità di apprendere nuove tecniche, metodi e strumenti, e anche ad affinare ed adattare autonomamente quanto appreso nel corso.
Inoltre, lo studente saprà usare i formalismi normalmente usati per descrivere circuiti e parti dei calcolatori e conoscerà la terminologia tecnica inglese comunemente usata nel campo.
Prerequisiti
Non è richiesta alcuna conoscenza particolare di tipo tecnico scientifico se non una buona preparazione matematico/fisica acquisita durante la frequentazione della scuola secondaria di secondo grado.
È opportuna una buona comprensione della lingua inglese scritta, che permetta l’accesso alla grande quantità di materiale didattico, pubblicazioni, manuali, programmi, ecc. disponibili sull’argomento.
È opportuna una buona comprensione della lingua inglese scritta, che permetta l’accesso alla grande quantità di materiale didattico, pubblicazioni, manuali, programmi, ecc. disponibili sull’argomento.
Metodi didattici
Il corso si articola in lezioni frontali (56 ore) ed esercitazioni (24 ore) ripartite come dettagliato nella sezione Contenuti del Corso.
Le lezioni frontali devono dare agli studenti tutti gli strumenti per poi comprendere ed applicare in contesti pratici e reali gli aspetti teorici appresi. Le esercitazioni permettono invece di applicare gli aspetti teorici a casi reali di progettazione. Ampia autonomia di risoluzione dei problemi viene lasciata agli studenti durante le ore di esercitazione.
L’impegno personale di rielaborazione autonoma da parte dello studente è tarato sul valore canonico di 25 ore complessive per CFU.
Le lezioni frontali devono dare agli studenti tutti gli strumenti per poi comprendere ed applicare in contesti pratici e reali gli aspetti teorici appresi. Le esercitazioni permettono invece di applicare gli aspetti teorici a casi reali di progettazione. Ampia autonomia di risoluzione dei problemi viene lasciata agli studenti durante le ore di esercitazione.
L’impegno personale di rielaborazione autonoma da parte dello studente è tarato sul valore canonico di 25 ore complessive per CFU.
Verifica Apprendimento
L’obiettivo della prova d’esame è l'accertamento dell’acquisizione delle conoscenze e delle abilità descritte nella sezione “Obiettivi del corso”, valutando il livello di conoscenza e soprattutto la capacità di mettere in pratica, anche integrandole tra loro, le tecniche e contenuti visti a lezione.
L’apprendimento è verificato mediante una prova scritta da svolgersi in aula tradizionale della durata indicativa di due ore, senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste nello svolgimento di 4/5 esercizi. Ogni esercizio si riferisce ad uno specifico argomento e obiettivo formativo. Ad ogni esercizio è associato un peso, che indica il punteggio ottenibile svolgendo l’esercizio in modo corretto. Il peso può variare da 3 a 8 punti in base alla complessità della domanda o dell'esercizio. Il voto finale, espresso in trentesimi, è derivato calcolando la media pesata delle percentuali di correttezza dei vari esercizi.
L’apprendimento è verificato mediante una prova scritta da svolgersi in aula tradizionale della durata indicativa di due ore, senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste nello svolgimento di 4/5 esercizi. Ogni esercizio si riferisce ad uno specifico argomento e obiettivo formativo. Ad ogni esercizio è associato un peso, che indica il punteggio ottenibile svolgendo l’esercizio in modo corretto. Il peso può variare da 3 a 8 punti in base alla complessità della domanda o dell'esercizio. Il voto finale, espresso in trentesimi, è derivato calcolando la media pesata delle percentuali di correttezza dei vari esercizi.
Contenuti
Le lezioni affronteranno i seguenti argomenti:
• L’architettura strutturata (a “layer”) dei calcolatori (14h + 4h es., obiettivo formativo 1)
o Principi ed elementi costitutivi di un tipico calcolatore elettronico
o Rappresentazione binaria dei numeri, dei caratteri e di altre informazioni
o Operatori e proprietà dell’algebra di Boole. Corrispondenza tra operatori Booleani e porte logiche
• Circuiti combinatori e sequenziali (20h + 10h es., obiettivo formativo 2)
o Sintesi di reti combinatorie, forme normali, mappe di Karnaugh
o Librerie di circuiti combinatori, ALU, sintesi di circuiti combinatori mediante elementi di libreria
o Bistabili, elementi sequenziali di libreria (vari tipi di registri). Progettazione di circuiti sequenziali
• Studio e Progettazione delle Memorie di un Calcolatore (10h + 6h es., obiettivo formativo 3)
o Principio di località e gerarchie di memoria (memorie cache)
o Memoria virtuale, paginazione
• Costruzione di un Data Path (12h + 4h es., obiettivo formativo 4)
o CPU a ciclo singolo e suo controllo
o CPU multiciclo
o Unità di controllo cablata e microprogrammata.
• L’architettura strutturata (a “layer”) dei calcolatori (14h + 4h es., obiettivo formativo 1)
o Principi ed elementi costitutivi di un tipico calcolatore elettronico
o Rappresentazione binaria dei numeri, dei caratteri e di altre informazioni
o Operatori e proprietà dell’algebra di Boole. Corrispondenza tra operatori Booleani e porte logiche
• Circuiti combinatori e sequenziali (20h + 10h es., obiettivo formativo 2)
o Sintesi di reti combinatorie, forme normali, mappe di Karnaugh
o Librerie di circuiti combinatori, ALU, sintesi di circuiti combinatori mediante elementi di libreria
o Bistabili, elementi sequenziali di libreria (vari tipi di registri). Progettazione di circuiti sequenziali
• Studio e Progettazione delle Memorie di un Calcolatore (10h + 6h es., obiettivo formativo 3)
o Principio di località e gerarchie di memoria (memorie cache)
o Memoria virtuale, paginazione
• Costruzione di un Data Path (12h + 4h es., obiettivo formativo 4)
o CPU a ciclo singolo e suo controllo
o CPU multiciclo
o Unità di controllo cablata e microprogrammata.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Altre informazioni
Il docente riceve su appuntamento, previa richiesta via e-mail a pietro.colomboi@uninsubria.it. Il docente risponde solo alle e-mail provenienti dal dominio studenti.uninsubria.it.
Corsi
Corsi
INFORMATICA
Laurea
3 anni
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Persone
Persone
Docenti di ruolo di IIa fascia
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