OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso nella prima parte presenta l'architettura di un calcolatore elettronico, le funzioni delle unità hardware che lo compongono e le interazioni fra di loro; nella seconda parte descrive la struttura dei sistemi operativi, le funzioni dei moduli in cui sono organizzati, gli algoritmi e le strutture software che utilizzano.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Parte I – Architettura dei calcolatori

• Instruction Set Architecture: il caso del processore MIPS.
• Aritmetic Logic Unit. Architettura interna.
• Architettura del processore. Pipelining delle istruzioni. Conflitti sui dati e sui controlli. Data forwarding e hazard detection.
• Unità di controllo. Implementazione cablata. Implementazione microprogrammata
• Gerarchia di memoria. Memoria cache: principi di funzionamento, elementi di progettazione.
• Memorie a dischi magnetici. Sistemi RAID. Memorie a dischi ottici.
• Metodi e strumenti per la valutazione delle prestazioni.

Parte II – Sistemi Operativi

• Concetti base, struttura monolitica e a microkernel. Macchine virtuali.
• Le chiamate a sistema e loro gestione.
• La gestione dei processi e dei thread. Lo scheduling della CPU.
• La comunicazione e sincronizzazione fra processi. Corse e regioni critiche. Mutua esclusione e polling attesa. Semafori e loro utilizzo per mutua esclusione e sincronizzazione.
• La gestione della memoria. Gestione paginata. Gestione segmentata.
• Il file system. Metodi di implementazione. Problematiche di protezione e condivisione.
• La gestione dell’input-output. Architettura DMA. Gestione dei dischi. Gestione clock.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni ed esercitazioni

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte I – Architettura dei calcolatori

1. Introduzione al corso. Definizione di architettura dei calcolatori e sua  virtualizzazione e astrazione. Evoluzione e prestazioni dei calcolatori. Progettazione in funzione delle prestazioni.
2. Instruction Set Architecture: il caso del processore MIPS. Caratteristiche delle istruzioni: elementi, rappresentazione, tipi, numero di indirizzi, progettazione del repertorio di istruzioni. Tipi di operandi. Tipi di operazioni. Modi di indirizzamento. Formati delle istruzioni. Supporto alle procedure. Interazioni con il Compilatore e ottimizzazioni del codice.
3. Aritmetic Logic Unit. Architettura interna. Rappresentazioni dei numeri reali (IEEE 754). Somma moltiplicazione e divisione di numeri in virgola mobile.
4. Il processore centrale. Architettura del processore. Organizzazione dei registri. Ciclo di esecuzione delle istruzioni. Pipelining delle istruzioni. Conflitti sui dati e sui controlli. Data forwarding e hazard detection.
5. Unità di controllo. Fasi di una istruzione e microoperazioni. Controllo del processore: requisiti funzionali, segnali di controllo, organizzazione interna. Implementazione cablata. Implementazione microprogrammata: microistruzioni, unità di controllo microprogrammata.
6. La memoria primaria. Gerarchia di memoria. Memoria cache: principi di funzionamento, elementi di progettazione (dimensione, funzioni di traduzione, algoritmi di sostituzione, politica di scrittura, dimensionamento delle linee, cache multiple). Tipi memoria (ROM, DRAM e SRAM) e loro organizzazione.
7. Memorie a dischi magnetici: meccanismi di lettura e scrittura, organizzazione e formattazione dei dati, sistemi RAID. Memorie a dischi ottici.
8. La valutazione delle prestazioni dei calcolatori. Metodi e strumenti per la valutazione delle prestazioni. Parametri misurabili e loro attendibilità. Interpretazione delle misure di prestazione.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Materiale didattica disponibile su Aulaweb.

Bibliografia: Struttura e progetto dei calcolatori di D. Patterson, J. Hennessy, Zanichelli.