Pla docent de l'assignatura

 

 

Tanca imatge de maquetació

 

Imprimeix

 

Dades generals

 

Nom de l'assignatura: Sistemes Basats en Processadors

Codi de l'assignatura: 362136

Curs acadèmic: 2021-2022

Coordinació: Jose Bosch Estrada

Departament: Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica

crèdits: 6

Programa únic: S

 

 

Hores estimades de dedicació

Hores totals 150

 

Activitats presencials i/o no presencials

65

 

-  Teoria

Presencial i no presencial

 

45

 

-  Pràctiques de laboratori

Presencial i no presencial

 

20

Aprenentatge autònom

85

 

 

Recomanacions

 

Es recomana haver aprovat Disseny Digital Bàsic i Sistemes Digitals i Estructura de Processadors.

 

 

Competències que es desenvolupen

 

   -

Habilitat per treballar de manera autònoma (personal).

   -

Capacitat per utilitzar eines informàtiques de recerca de recursos bibliogràfics o d'informació relacionada amb les telecomunicacions i l'electrònica (personal).

   -

Coneixement de matèries bàsiques i tecnològiques que capacitin per a l'aprenentatge de nous mètodes i tecnologies, i que proporcionin una gran versatilitat per adaptar-se a noves situacions (personal).

   -

Capacitat de resolució de problemes amb iniciativa, creativitat i presa de decisions tecnològiques d'acord amb criteris de cost, qualitat, seguretat, sostenibilitat, temps i respecte als principis ètics de la professió (instrumental).

   -

Capacitat d'enfocament del disseny dels productes d'una manera sistèmica. Triar de manera òptima quines parts de l'aplicació requereixen una solució de maquinari o programari, saber integrar adequadament les dues parts per al producte acabat i ser capaç de desenvolupar, si escau, la interfície que permeti la integració en arquitectures més complexes.

   -

Comprensió de la interacció de l'electrònica amb altres àrees de coneixement (no només telecomunicació o informàtica, sinó també automoció, medicina, aeronàutica...) i ser capaç de col·laborar eficaçment en equips multidisciplinaris, coneixent els principis de les tecnologies amb què es complementa i proposant millores en la funcionalitat dels sistemes electrònics i innovacions que permetin la fabricació de sistemes més reduïts, més potents, més econòmics i més sostenibles.

   -

Capacitat de dissenyar dispositius i sistemes destinats a cobrir les necessitats en tecnologia de la informació en un entorn empresarial. Establir metodologies de gestió dels sistemes esmentats.

   -

Capacitat per concebre, dissenyar i produir equips i sistemes electrònics especialment dedicats a l'electrònica de consum i a les tecnologies de la informació i les comunicacions. Particularment, integrar algoritmes de processament d'informació al maquinari adequat.

   -

Capacitat per concebre, dissenyar i produir equips i sistemes electrònics especialment dedicats a l'electrònica de consum i a les tecnologies de la informació i les comunicacions. Particularment, desenvolupar el maquinari necessari que permeti captar, adaptar, digitalitzar i processar senyals de diferents característiques.

Objectius d'aprenentatge

 

Referits a coneixements

  • Estudiar les característiques i l’evolució dels processadors mitjançant exemples reals de microprocessadors.

 

  • Saber com es fan les transferències d’informació als busos dels sistemes basats en processadors, quines tècniques es fan servir per optimitzar-les i els problemes que hi ha quan les mides i/o ordre de la informació canvia entre el processador i un dispositiu.

 

  • Entendre per què es necessiten diferents tipus de memòria en un ordinador (jerarquia), com s’administra la memòria i quina importància té en les prestacions del sistema.

 

  • Entendre com es connecten dispositius externs al sistema basat en un processador i quines tècniques de transferència hi ha.

 

Referits a habilitats, destreses

  • Poder dissenyar sistemes de memòria principal, SRAM i DRAM, per a sistemes basats en processadors.

 

  • Saber utilitzar eines i programes d’anàlisi dels recursos per conèixer-ne el sistema de memòria principal i cau, així com les del processador, i poder saber quines prestacions tenen.

 

  • Implementar i analitzar algoritmes de reemplaçament a memòries cau.

 

  • Saber analitzar la gestió de memòria en sistemes que treballin amb processadors reals, com ara els Intel IA-32.

 

  • Implementar interfícies d’entrada/sortida de sistemes basats en processadors, amb la tècnica més adient per a cada situació.

 

  • Ser capaç de triar el sistema de transferència adient (USB, Firewire, paral·lel, PCI, etc.) segons les necessitats que requereixi el flux d’informació (control, impressió, àudio, vídeo, etc.).

 

  • Familiaritzar-se amb el funcionament i manipulació de la instrumentació bàsica i de l’específica, necessària als laboratoris on es treballa amb aquests tipus de sistemes.

 

Referits a actituds, valors i normes

  • Incorporar la perspectiva de gènere en el desenvolupament i a les activitats de l’assignatura en la mesura que sigui possible. Fomentar la participació a classe de tots els col·lectius i donar valor especial a les diferents visions. Promocionar grups de pràctiques mixtes o en determinades situacions només de dones per fer èmfasi en les diferents aportacions que es poden generar. Realitzar activitats per trobar exemples de dones que han fet aportacions a les temàtiques estudiades, sovint silenciades o no prou valorades.

 

 

Blocs temàtics

 

1. Introducció i conceptes bàsics

1.1. Estructura bàsica d’un sistema basat en un processador

1.2. Conceptes bàsics

2. Evolució històrica dels microprocessadors

2.1. Aspectes que han influenciat l’evolució dels processadors (tecnològics, arquitecturals, econòmics)

2.2. Anàlisi de les característiques d’alguns processadors que, històricament, han aportat innovacions

3. Transferències mitjançant el bus

3.1. Ordenació i alineació de la informació

3.2. Sincronització de les transferències (busos síncrons i asíncrons)

3.3. Multiplexació de busos

3.4. Transferències alineades

3.5. Transferències desalineades

3.6. Transferències amb pipeline d’adreces (anticipació d’adreces)

3.7. Transferències en mode ràfega

3.8. Transferències amb mida dinàmica de bus

4. Sistema de memòria principal

4.1. Tipus de memòries factibles

4.2. Disseny de sistemes de memòries SRAM i no volàtils

4.3. Disseny de sistemes de memòria DRAM

4.4. Parametrització de les prestacions de les memòries

4.5. Tècniques avançades d’accés a memòries DRAM

4.6. Entrellaçat de memòries

4.7. Memòries SDRAM i DDRAM (DDR, DDR2, DDR3, etc.)

4.8. Memòries amb accés sèrie

4.9. Exemples d’anàlisi del sistema de memòria d’un PC mitjançant eines apropiades

5. Memòria cau

5.1. Arquitectures/configuracions (look-through, look-aside)

5.2. Polítiques d’escriptura (write-through, write-back)

5.3. Organitzacions/estructures (mapatge directe, completament associatives, associatives en k-camins)

5.4. Algoritmes de reemplaçament (exemple amb LRU)

5.5. Coherència d’informació (protocols write-through i MESI)

5.6. Exemples de memòries cau en processadors actuals i anàlisi del sistema de cau d’un PC

6. Administració de memòria

6.1. Jerarquia de memòria en sistemes basats en processadors

6.2. Execució de processos multitasca (multiplexació temporal)

6.3. Paginació (paginació per demanda i memòria virtual)

6.4. Segmentació

6.5. Administració de memòria a les arquitectures IA-32

6.6. Anàlisi de l’execució d’una instrucció de manipulació de memòria amb paginació i segmentació a un IA-32

7. Sistema d’entrada/sortida

7.1. Definició d’una interfície genèrica d’entrada/sortida

7.2. Exemple d’una interfície d’impressora

7.3. Mètodes d’entrada/sortida (programa, interrupcions, DMA)

7.4. Exemple d’una interfície de teclat amb interrupcions

7.5. Gestió d’interrupcions: detecció i priorització (solucions: programari i maquinari)

7.6. Controlador d’interrupcions

7.7. Exemples de sistemes d’interrupcions (Intel PIC, Motorola)

7.8. Accés directe a memòria (DMA). Arbitratge de busos. Compartició de bus, controlador de DMA, accés mitjançant un o dos cicles. Canals DMA

7.9. Exemple de controlador de DMA

8. Busos i interfícies de connexió a l’exterior

8.1. Busos de sistema (ISA, PCI, AGP, PCI-Express, etc.)

8.2. Front side bus (FSB) i back side bus (BSB)

8.3. MHC i IHC (northbridge i southbridge)

8.4. Interfícies de connexió a l’exterior (paral·lel, sèrie, USB, FireWire)

 

 

Metodologia i activitats formatives

 

La docència d’aquesta assignatura es basa en tres punts: 

— Classes teòriques a l’aulari, en què es descriuen els mecanismes de funcionament dels diferents elements que formen part d’un sistema basat en un processador. A més, s’estudia el disseny dels diferents subsistemes que hi ha dintre de l’ordinador (memòria i entrada/sortida).

— Les classes teòriques aquest curs, de forma excepcional a causa de les mesures de distanciament, es poden fer en dos grups (per mantenir les distàncies entre alumnes) i transmetre per mitjà de reproducció en línia (streaming) amb un grup d’alumnes a classe i l’altre seguint la classe per ordinador. Els grups s’intercanvien cada setmana.

— Resolució de problemes tipus, així com el plantejament de dissenys específics de subsistemes. També s’analitzen exemples de dispositius reals en un sistema basat en un processador específic.

— Pràctiques de laboratori obligatòries. Les pràctiques consisteixen en programar un sistema basat en processador encastat, cada alumne disposa del dispositiu hardware de programació i les eines necessàries software tant per treballar al laboratori com de forma autònoma (acció associada al programa d’innovació docent DITIFET). La programació es fa en llenguatge C i a nivell registre del processador encastat, per tal d’entendre el funcionament dels elements estudiats a teoria.

     

     

    Avaluació acreditativa dels aprenentatges

     

    La nota de l’assignatura es calcula mitjançant la fórmula següent:
    Nota final = a · nota de teoria + b · nota d’exercicis + c · nota de pràctiques.

    A la fórmula:
    — La nota de teoria és la nota resultant de l’examen de teoria que es fa a final de curs.
    — La nota d’exercicis és la nota dels diferents exercicis que es proposen a classe per entregar.
    — La nota de pràctiques és la que resulta de fer les pràctiques, l’avaluació dels informes entregats per l’alumne i la prova pràctica. 
    a, b i c són els valors que s’atorguen a les diferents parts de l’assignatura i que es corresponen amb les hores de dedicació dels estudiants. En aquesta assignatura a entre 0,55 i 0,65, b entre  0,05 i 0,10, c entre 0,30 i 0,40.

    Per poder calcular la nota final són condicions imprescindibles que la nota de teoria sigui ≥4 i haver fet les pràctiques i tenir una nota ≥4.
     

    Reavaluació

    Els alumnes que hagin fet les pràctiques però que no demostrin haver adquirit els coneixements necessaris a l’examen poden fer un segon examen en la data que s’assigni per fer la reavaluació de l’assignatura. La manera de calcular la nota és exactament igual que a l’avaluació continuada.

    Segons l’acord del Consell d’Estudis del grau d’Enginyeria Electrònica de Telecomunicació del 6 de juliol de 2016, en cas de detectar-se algun senyal de plagi/còpia en qualsevol activitat avaluable, la penalització consisteix a, com a mínim, qualificar-la amb un zero. Si un mateix alumne reincideix i plagia/copia una segona vegada durant el mateix curs, el professor avalua l’assignatura amb un zero i l’alumne no té dret a la reavaluació.

     

    Avaluació única

    La nota de l’assignatura es calcula mitjançant la fórmula següent:
    Nota final = a · nota de teoria + b · nota de pràctiques.

    A la fórmula:
    — La nota de teoria és la nota resultant de l’examen de teoria que es fa a final de curs.
    — La nota de pràctiques és la que resulta de fer les pràctiques, l’avaluació dels informes entregats per l’alumne i la prova pràctica. 
    a, b són els valors que s’atorguen a les diferents parts de l’assignatura i que es corresponen amb les hores de dedicació dels estudiants. En aquesta assignatura a = 0,65 i b = 0,35.

    Per poder calcular la nota final són condicions imprescindibles que la nota de teoria sigui ≥4 i haver fet les pràctiques i tenir una nota ≥4.

    Reavaluació

    Els alumnes que hagin fet les pràctiques però que no demostrin haver adquirit els coneixements necessaris a l’examen poden fer un segon examen a la data que s’assigni per fer la reavaluació de l’assignatura. La manera de calcular la nota és exactament igual que a l’avaluació única.

    Segons l’acord del Consell d’Estudis del grau d’Enginyeria Electrònica de Telecomunicació del 6 de juliol de 2016, en cas de detectar-se algun senyal de plagi/còpia en qualsevol activitat avaluable, la penalització consisteix a, com a mínim, qualificar-la amb un zero. Si un mateix alumne reincideix i plagia/copia una segona vegada durant el mateix curs, el professor avalua l’assignatura amb un zero i l’alumne no té dret a la reavaluació.