Arquitectura de computadores

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Arquitectura de Computadores - Código 22966

Carlos Jaime Barrios Hernández - ( c b a r r i o s  @   u i s . e d u . c o )

Auxiliatura Técnica-Académica : Equipo de Ingenieria de Supercomputación y Cálculo Científico

PRESENTACION

El diseño, desarrollo e innovación son palabras que corresponden a la actividad de un ingeniero, cualquiera que sea su área de trabajo. Desde un punto de vista ingenieril la tecnología, es el fruto de la concepción y desarrollo del conocimiento, utilizando herramientas y proyectando una utilidad, incluyendo el diseño de nuevas herramientas. Como ingenieros de sistemas esas herramientas son las máquinas computacionales, las cuales evolucionan con la actualización del conocimiento, que involucra la explotación de nuevos materiales, nuestra capacidad de abstracción y las perspectivas de desarrollo (mas que las necesidades).

Si bien el componente técnico/tecnológico de la asignatura arquitecturas de computadores es importante, el solo hecho de utilizar la palabra “arquitectura” involucra una percepción hacia la concepción, el diseño y la organización de los elementos que integran un sistema de cómputo (no solo una máquina computadora), como es la interacción con otros sistemas y con los humanos, observando tendencias, factibilidad, requerimientos de rendimiento, limitaciones tecnológicas y físicas, impacto ambiental entre otros. Aunque la frontera con el conocimiento que involucra otras áreas como la ingeniería electrónica, la física de materiales o la matemática aplicada es frágil, el curso esta dirigido a estudiantes de ingeniería de sistemas y ciencias de la computación, buscando ofrecer fundamentos de arquitectura de sistemas computacionales desde una ubicación histórica. De ahí que se complementen con lecturas acerca del estado del arte en cada una de las secciones propuestas para este curso.

El propósito fundamental de esta asignatura durante el presente semestre es establecer un estado de conocimientos fundamentales en arquitectura de computadores, que permita manejar el lenguaje técnico asociado, ubicar temporalmente el desarrollo tecnológico, conociendo el estado del arte en esta área y fundamentar conocimientos que permitan el auto-aprendizaje y profundización en el área, además de la interacción en equipos interdisciplinarios que requieran competencias en arquitectura de sistemas computacionales.

Contenido

1. Introducción y Fundamentos de Arquitectura de Sistemas de Cómputo
   1. Arquitectura, Organización y Diseño de Sistemas de Cómputo
   2. Desarrollo histórico – Ubicación histórica actual
   3. Clases de Computadoras
   4. Abstracción y Tecnología de Computación – Tendencias
   5. Desempeño
   6. Casos de Estudio
2. Instrucciones y Aritmética para Computador
   1. Fundamentos de Instrucciones para Computador
      1. Operaciones y Operandos de Hardware de Computadoras
      2. Representación de Instrucciones
      3. Operaciones Lógicas
      4. Instrucciones para la toma de decisiones
      5. Soporte de Procedimientos a nivel de Hardware
      6. Comunicaciones
      7. Arquitectura MIPS
      8. Introducción Paralelismo I – Paralelismo de Instrucciones y el problema de la sincronización
      9. Algunos Aspectos Avanzados
         1. Aspectos Arquitecturales de Compilación
         2. Fundamentos de Diseño Lógico
         3. Mapeo de Hardware
      10. Casos de Estudio
   2. Introducción y Fundamentos de Aritmética para Computador
      1. Adición y substracción
      2. Multiplicación y División
      3. Introducción al Paralelismo II – Aritmética de computadores y el problema de la asociatividad.
      4. Casos de Estudio
3. Organización y Diseño Arquitectural de Sistemas de Cómputo</b>
   1. Fundamentos de Organización y Diseño
   2. Aspectos Básicos de Procesadores
      1. Aspectos Lógicos de Diseño
      2. Pipeline y Control
      3. Paralelismo y Escalabilidad
      4. Casos de Estudio
   3. Fundamentos de Memoria
      1. Fundamentos de Organización y Diseño
      2. Jerarquía de Memoria
      3. Casos de Estudio
   4. Aspectos Básicos de Almacenamiento
   5. Aspectos Básicos de Comunicaciones y Conectividad
      1. Conectividad Interna
      2. Interconectividad y Redes (Introducción)
   6. Fundamentos de I/O, Gráficas e Interfaces
   7. Casos de Estudio
4. Tendencias y Direcciones Futuras
   1. Arquitecturas Híbridas
   2. Arquitecturas Reconfigurables
   3. Aspectos Energéticos, Ecológicos y Ambientales
   4. Arquitecturas Escalables, de Gran Escala y Ecosistemas
   5. ARMS (Advanced RISC Architectures) y Computadores Embebidos.
   6. EXASCALE y otras direcciones

ASPECTOS METODOLOGICOS

• Seminarios Teóricos
• Seminarios Magistrales
• Seminarios con Invitados
• Sesiones Teórico Prácticas / Análisis de Casos
• Lecturas Sugeridas (En español y en Inglés)
• Webminars y Videoconferencias

MATERIAL DEL CURSO

El material presentado, fundamentalmente son las diapositivas presentadas durante las sesiones tanto teóricas como los talleres. Es importante resaltar que la mayoría del material se encuentra en inglés. Esto con el fin de acostumbrar la consulta en inglés, debido a que las especificaciones y la bibliografía y fuentes de información "de punta" en tecnología están estandarizadas en inglés. Es posible que existan algunos errores de escritura.  Sesiones Teóricas (Desde el I Semestre de 2016)

Presentación del Curso:

• 1-2016

Del Tema 1 del Contenido:

• Abstracción
• Evolución HIstórica
• Evaluación de Desempeño

Del Tema 2 del Contenido:

• Aritmética Computacional
• Instrucciones Computacionales

EVALUACIONES

Los exámenes escritos se realizán en hora de clase

1. Evaluación Escrita No. 1 (25%) TEMA 1 (Sin material de apoyo, en parejas).  Fecha propuesta:  Miércoles 2 de Junio 2016

• Las parejas son armadas el mismo dia del examén

2. Evaluación Escrita  No. 2 (25%) TEMA 2  (Con material de apoyo, individual).  Fecha propuesta: Miércoles 27 de Julio 2016

• Principalmente el tema 2, pero puede incluirse conocimientos del tema del contenido 2.

3. Evaluación Escrita No.3  (25%) TEMA 3  (Sin material de apoyo, individual).  Fecha propuesta: Miércoles 24 de Agosto 2016

• Principalmente el tema 3, pero pueden inclurise conocimientos vistos en los temas 2 y 3.
• Incluye una pregunta de los artículos entregados por su compañeros.

4. Artículo Final de Aplicación (25%) Fecha de Entrega: 11 de Agosto de 2016 a las 23:00 (11:00pm) en formato pdf

• 12 Páginas en Español  (mínimo 8 páginas, resumén (abstract) en inglés.
• Formato IEEE en una columna para series de conferencias http://www.ieee.org/conferences_events/conferences/publishing/templates.html
• 2-3 autores por artículo
• Temáticas Distribuídas por el Profesor

Temáticas

1. Arquitecturas Hibridas
2. Arquitecturas Reconfigurables
3. Aspectos Enérgeticos
4. Arquitecturas Escalables
5. ARM
6. Exascale
7. Computadores Embebidos
8. Interfaces Cerebro-Máquina (Brain Machine Interface)
9. Co-Diseño Hardware/Software

Notas

• A publicar posteriormente

BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACION

1. Patterson and Hennesy, Computer Organization and Design (The Hardware, Software Interface)

• Historial Perspective and Further Reading
• Glossary of Terms in Architecture
• A Survey of RISC Architectures for Desktop, Server and Embedded Computers

2. Patterson and Hennesy, Computer Architecture; A Quantitative Approach

3. TED Talks

• Shimon Schocken: The self-organizing computer course
• [http://www.ted.com/talks/john_graham_cumming_the_greatest_machine_that_never_was.html John Graham-Cumming: The greatest machine that never was
• Kwabena Boahen: A computer that works like the brain