COMPUTER ARCHITECTURES-FOUNDATIONS

L'insegnamento rientra tra le attività formative di base del corso di laurea in Informatica, in quanto fornisce le conoscenze fondamentali che un laureato deve possedere sia nella propria area di specializzazione sia nel contesto generale dell'informatica. Contribuisce inoltre a sviluppare una consapevolezza critica sull’epistemologia della disciplina.
Il corso pone particolare enfasi sull'interfaccia tra hardware e software di un elaboratore, consentendo di acquisire i fondamenti teorici e le tecniche di base per la progettazione delle sue principali componenti: processore, memoria centrale e cache, e sistema di Input/Output. Inoltre, permette di approfondire la conoscenza dei livelli macchina/assembler di un calcolatore convenzionale, con una particolare attenzione all'efficienza energetica dei sistemi informatici.

Al termine del corso sono previsti i seguenti risultati.

Conoscenza e comprensione. Lo studente:
- Avrà acquisito padronanza della terminologia tecnica specifica.
- Sarà in grado di riconoscere e comprendere le basi teoriche per la progettazione delle componenti principali di un elaboratore.
- Avrà conoscenze sulla rappresentazione dell'informazione numerica e sulle operazioni della logica Booleana.
- Comprenderà la complessità delle moderne architetture degli elaboratori, e la loro influenza sulla progettazione e prestazione del software.
- Comprenderà gli impatti economici, sociali, e ambientali della trasformazione digitale nell'ambito dell'evoluzione delle tecnologie.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente sarà in grado di:
- Svolgere esercizi finalizzati ad applicare le conoscenze acquisite nei vari argomenti del corso: rappresentazione e conversione di valori numerici, implementazione di circuiti logici, parallelismo a livello di istruzioni (pipeline), realizzazione dei vari livelli delle gerarchie di memoria.
- Utilizzare le conoscenze dell'architettura degli elaboratori e per valutare la loro influenza sulla progettazione e le prestazioni del software.
- Analizzare e valutare il consumo energetico associato alle diverse scelte architetturali e all'impatto delle decisioni sull'efficienza energetica dei sistemi informatici.

Autonomia di giudizio. Lo studente sarà in grado di analizzare e proporre soluzioni adeguate alle risorse disponibili che rispondano a standard di qualità.

- Conoscenze base di matematica e logica.

- Organizzazione del calcolatore e livelli di astrazione
- Rappresentazione dell'informazione, aritmetica dei calcolatori, algebra booleana
- Istruzioni macchina: processore MIPS, nozioni di base
- Circuiti combinatori/sequenziali
- Progetto avanzato della CPU e parallelismo a livello di istruzioni: pipeline
- Gerarchie di memoria: cache
- Memoria virtuale
- Input e Output

- David A. Patterson, John L. Hennessy. "Computer Organization and Design MIPS Edition: The Hardware/Software Interface", 6th edition (2020). ISBN: 9780128201091
- Note del docente e del tutor.

L'esame è scritto, dalla durata totale di 2 ore.
L'obiettivo è quello di verificare le conoscenze acquisite durante il corso attraverso quesiti teorici e la risoluzione di esercizi pratici che richiedono di applicare le nozioni apprese.

scritto

Il/la docente ha il dovere di vigilare affinché siano rispettate le regole di autenticità e originalità delle prove d'esame. Di conseguenza, nei casi in cui vi sia il sospetto di un comportamento irregolare, l'esame può prevedere un ulteriore approfondimento, contestuale alla prova d'esame, che potrà essere realizzato anche in modalità differente rispetto alle modalità sopra riportate.

L'esame è composto da esercizi e domande teoriche a risposta aperta. Il punteggio totale (30 punti) è così suddiviso:
- Esercizio (4 punti): Rappresentazione dell'informazione, circuiti combinatori e sequenziali
- Esercizio (5 punti): Funzionamento della memoria cache
- Esercizio (5 punti): Dipendenze tra istruzioni in CPU con pipeline, performances
- Domande teoriche (16 punti totali) sugli argomenti visti durante il corso.

- Lezioni teoriche
- Esempi ed esercizi pratici svolti dal docente e dal tutor
- Esercitazioni