Fundamentos de Sistemas Computacionais

Código:

L.EIC004

Sigla:

FSC

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Informática e Computação

Ocorrência: 2024/2025 - 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	370	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;
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, e saltos.
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 as suas áreas de aplicação. Caraterísticas básicas de organização, desempenho 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. Máquinas de estados finitas.

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 (testes, saltos condicionais).

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 respectiva discussão. As aulas teórico-práticas incluem a apresentação, análise e resolução de um conjunto de questões e de casos de estudo. Exercícios de programação e de lógica combinatória podem ser testados em ambientes de simulação.

Atividades de aprendizagem a realizar fora do período de aulas:

1. Questionários de escolha múltipla (para auto-avaliação).

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 cumulativas para obtenção de frequência: (1) participação em, pelo menos, 75% das aulas teórico-práticas; (2) realização de pelo menos quatro fichas (aulas teórico-práticas).

Estudantes com frequência obtida em 23/24 não necessitam de obter frequência em 24/25.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação é composta por dois testes individuais, T1 e T2, e ainda Fichas (tipicalmente 15 mins cada) realizadas tentativamente quinzenalmente no início das aulas TP. Destas fichas (que se planeiam sejam 6), apenas as melhores 4 classificações são consideradas. Não há nota minima para as fichas.

A nota final (NF) é a média pesada dos dois testes e da média aritmética das 4 melhores fichas.

A fórmula usada para o cáculo da classificação final é:

NF = (0.425 * T1) + (0.425 * T2) + (0.15 * MF) em que 

MF é  média arithmetica das 4 melhores classificações das 6 fichas.

É possivel que o número de fichas, e consequentemente do número de melhores classificações a levar em consideraão para o cálculo da componente MF, venha a sofrer alterações. No entanto, a percentagem de 15% manter-se-á.

A componente das fichas não é passível de recurso. Para o recurso, a classificação final é calculada como:

NF = 0.85 * R + 0.15 * MF,
em que R é a nota da prova de recurso.

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 sobre toda a matéria (2 horas).

Observações

O recurso apenas poderá ser global, isto é não será permitido recurso do primeiro ou segundo testes individualmente.

A componente de mini-testes não é passível de recurso. Falta de comparência a um dos Mini-Tests implica a classificação de 0.0 nesse mini-teste.

Alunos terão que se increver nos testes (T1 e T2) através de um formulário providenciado atempadamente pelos docentes indicando a sua preferência de lingua, oferecendo-se testes em Inglês (EN) e Português (PT).

Apenas em casos excepcionais, a não inscrição num teste implica a não existência de teste para o aluno e consequentemente uma classificação de 0.0.