Arquitecturas Avançadas de Computadores

Código:

EIC0049

Sigla:

AACO

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Arquitectura de Computadores

Ocorrência: 2010/2011 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://paginas.fe.up.pt/~jcf/ensino/disciplinas/mieic/aac/2010-11/index.html
Unidade Responsável:	Electrónica e Sistemas Digitais
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Informática e Computação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEIC	10	Plano de estudos a partir de 2009/10	5	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Esta unidade curricular introduz as principais arquitecturas de computadores actuais, explicitando as relações entre opções arquitectónicas, domínios de utilização e tecnologia de fabrico.

A análise das opções de implementação física e lógica dos diferentes subsistemas, associada à análise do respectivo impacto sobre o desempenho, permitirá aos estudantes descrever e avaliar criticamente computadores actuais e futuros, bem como perceber as implicações de cada tipo de arquitectura para o projecto e desenvolvimento de aplicações informáticas.

Após completar esta unidade curricular, os estudantes serão capazes de:
- identificar e estimar os factores de custo associados ao fabrico de processadores;
- avaliar o consumo de energia de um processador;
- identificar as condicionantes tecnológicas actuais;
- descrever as tendências de desenvolvimento da tecnologia de fabrico
- usar um conjunto de "benchmarks" para avaliar o desempenho;
- avaliar quantitativamente os principais factores de desempenho de um CPU;
- identificar os tipos de dependências existentes entre as instruções de um programa;
- explicar os principais mecanismos, tanto estáticos como dinâmicos, de extracção de paralelismo de programas sequenciais;
- identificar as limitações dessas abordagens;
- descrever as técnicas básicas de escalonamento dinâmico de instruções;
- reconhecer a importância da previsão de saltos;
- avaliar quantitativamente o impacto da previsão de saltos para o desempenho;
- descrever os aspectos mais salientas da emissão simultânea de múltiplas instruções;
- descrever os mecanismos de apoio à execução de instruções fora de ordem;
- usar ferramentas de medida baseadas em contadores de eventos de hardware;
- explicar a organização de sistemas multi-processadores de memória partilhada (SMP);
- especificar e analisar protocolos de acesso a memória partilhada (centralizada e distribuída);
- usar ferramentas de simulação para investigar o comportamento de sistemas de memória partilhada;
- descrever os mecanismos de sincronização de processadores;
- explicar o problema da consistência de memória partilhada e as principais soluções;
- descrever a hierarquia de memória de um computador;
- avaliar quantitativamente o desempenho da hierarquia de memória;
- identificar e descrever métodos de optimização de memórias cache;
- descrever e avaliar o impacto da tecnologia de circuitos de memória;
- distinguir diversos domínios de aplicação de computadores;
- explicar o impacto do domínio de aplicação sobre a arquitectura do sistema em três casos: sistemas embarcados (consolas de jogos, telemóveis, câmaras fotográficas), processamento vectorial de dados (cálculo científico), criação de gráficos (GPU).

Programa

1. Fundamentos -- Aspectos tecnológicos: circuitos integrados, custo e consumo de energia. Tendências tecnológicas. Avaliação empírica de desempenho. Factores quantitativos do projecto de computadores.

2. Execução concorrente de instruções -- Extracção de paralelismo: abordagens dinâmicas e estáticas. Dependências de dados e controlo. Mecanismos de escalonamento e previsão de saltos. Emissão simultânea de múltiplas instruções. Execução fora de ordem e especulação.

3. Multi-processadores e arquitecturas "multi-core" -- Multi-processadores simétricos de memória partilhada (centralizada ou distribuída). Sincronização. Consistência de memória.

4. Hierarquia de memória -- Níveis da hierarquia de memória. Desempenho de memórias cache. Virtualização. Melhoramento do desempenho dos circuitos de memória.

5. Adaptação ao domínio de aplicação -- Sistema embarcados ("embutidos"). Processadores vectoriais. Processadores gráficos.

Bibliografia Obrigatória

John L. Hennessy, David A. Patterson; Computer architecture. ISBN: 978-0-12-370490-0

Bibliografia Complementar

Hwang, Kai; Computer Architecture and Parallel Processing. ISBN: 0-07-031556-6
Stone, Harold S.; High-performance computer architecture. ISBN: 0201526883

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A componente teórica da disciplina será baseada em aulas de exposição dos diversos temas da disciplina que serão acompanhados, sempre que oportuno, da apresentação de exemplos e da respectiva discussão.

Nas aulas teórico-práticas serão estudados empiricamente aspectos de diferentes subsistemas com recurso a ferramentas de simulação; também se procederá ao estudo de casos e à resolução de problemas.

A disciplina inclui ainda um trabalho que consiste na elaboração e realização de uma apresentação sobre aspectos actuais da arquitectura de computadores.

Software

SMPCache
OProfile

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de computadores

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	42,00
Apresentação	Trabalho escrito	36,00
Exame	Exame	3,00
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Estudo	Estudo autónomo	60
Preparação para exame	Estudo autónomo	21
	Total:	81,00

Obtenção de frequência

A nota de frequência (Freq) é a nota do trabalho.

Para obtenção de frequência é necessário que Freq>= 8,0.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final (F) é calculada a partir da nota de exame (E) e da nota de frequência (Freq) de acordo com

F = 0,7 E + 0,3 Freq

O exame final tem a duração de 2:00 horas, sendo permitida a consulta de apontamentos.

Provas e trabalhos especiais

Não se aplica.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Exame com consulta e 2:30 H de duração.

Melhoria de classificação

A nota de exame pode ser melhorada no recurso através da realização de uma prova escrita de dificuldade semelhante à do exame (2:00 horas, com consulta).

A classificação final global (incluindo a avaliação distribuída) pode ser melhorada através da realização de uma prova escrita de 2:30 H (com consulta).