Fundamentos de Sistemas Computacionais

Código:

L.EIC004

Sigla:

FSC

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Informática e Computação

Ocorrência: 2022/2023 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura 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
L.EIC	419	Plano Oficial	1	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Esta unidade curricular introduz os princípios de funcionamento de um processador moderno e a sua arquitetura geral. A análise da tecnologia de implementação física dos computadores (circuitos lógicos e de memória), associada à explicação das formas elementares de representação de informação em formato digital, permitirá aos estudantes identificar e descrever princípios fundamentais da operação dos computadores, das linguagens de programação e do desenvolvimento de ‘software’.

 

Resultados de aprendizagem e competências

Após completarem a unidade curricular, os estudantes serão capazes de:

1. Descrever os principais subsistemas de um computador;
2. Descrever e interpretar formatos numéricos básicos;
3. Efetuar operações aritméticas em binário; 
4. Manipular expressões de álgebra de Boole;
5. Definir e usar circuitos lógicos combinatórios e sequenciais simples;
6. Explicar a funcionalidade de circuitos lógicos padrão;
7. Explicar o modelo conceptual de funcionamento de memórias de estado sólido e analisar o processo de descodificação de endereços;
8. Explicar os princípios básicos da codificação de instruções e modos de endereçamento (arquitetura do conjunto de instruções);
9. Escrever programas simples em  linguagem “assembly” com operações aritméticas e booleanas, testes, saltos e sub-rotinas; gestão de pilha.
10. Descrever o funcionamento de uma unidade de processamento simples;
11. Avaliar o desempenho de processadores em cenários simples.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

M1. Introdução: Elementos de sistemas computacionais modernos e suas áreas de aplicação. Caracteristicas básicas de organização, performance e energia. 

M2. Representação de informação: Representação binária de números inteiros. Operações aritméticas elementares. Códigos. Vírgula flutuante.

M3. Circuitos combinatórios: Álgebra de Boole. Portas lógicas elementares. Diagramas lógicos. Simulador lógico. Circuitos com funções padrão.

M4. Circuitos sequenciais: Elementos de memória; Registos e contadores; Descodificação de endereços.

M5. Computadores: Linguagens de alto e baixo nível. Modelo concetual da execução de um programa. Subsistemas: CPU, memória, periféricos.

M6. Conjunto de instruções: Tipos de instruções, modos de endereçamento, codificação.

M7. Linguagem “assembly”: Conceitos básicos de programação.

M8. Implementação de controlo de fluxo, incluindo sub-rotinas; gestão da pilha.

M9. Unidade de processamento: Organização lógica de um CPU simples (de ciclo único).

M10. Desempenho: Equação básica. Benchmarks. Lei de Amdahl.

Bibliografia Obrigatória

David A. Patterson e John Hennessy; Computer Organization and Design RISC-V Edition: The Hardware Software Interface, Morgan Kaufmann, 2020. ISBN: 978-0128203316 (2nd edition)
Conjuntos de exercícios resolvidos e exercícios propostos

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A unidade curricular tem uma componente teórica baseada em aulas de exposição dos diversos temas acompanhados da apresentação de exemplos e respetiva discussão. As aulas teórico-práticas incluem a apresentação, análise e resolução de um conjunto de questões e de casos de estudo. Exercícios de programação serão testados num emulador de CPU.

Atividades de aprendizagem a realizar fora do período de aulas:

1. Questionários de escolha múltipla (para autoavaliação);
2. Simulação de circuitos lógicos;
3. Programação assembly com emulador de CPU.

Software

Development Studio 5 Community Edition

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de computadores

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	110,00
Frequência das aulas	52,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Condições para obtenção de frequência: Participação em, pelo menos, 75% das aulas teórico-práticas e média da nota dos dois mini-testes de pelo menos 6,0 valores.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação é composta por dois testes individuais de 2.0 horas divididos em duas componentes. Uma componente (T1 e T2) que reflecte a componente teórica da disciplina e outra componentes (F1 e F2) que reflecte o material que consta de duas fichas prácticas desenvolvidas durante as aulas prácticas mas que os alunos poderão completar fora das mesmas. Estas fichas, por sí, não são avaliadas.

A nota final (NF) é a média dos dois testes T1 e T2, sendo que a prova de recurso abrangem tanto a componente teórica bem como a componente das fichas sendo a melhor das duas classificações de cada prova (nao das suas componentes individualmente) considerada.

Notas de componentes de avaliação de anos anteriores não serão aceites.

Provas e trabalhos especiais

Os mini-testes incluirão uma componente que reflecte conhecimentos adquiridos na execução das duas fichas individuais (F1 e F2) que não serão avaliados.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Estudantes beneficiando destes regimes serão sujeitos às mesmas provas e critérios de classificação do que os estudantes do regime regular.

Melhoria de classificação

A melhoria  de classificação pode ser obtida pela realização de uma prova semelhante à do recurso.