Organizacion del Computador - Curso Marchi

Cursada el primer cuatrimestre de 2025. Pagina de la cátedra.

Temario

• Representación de la Información:
  • Bits, bytes y enteros.
  • Números fraccionarios y representación en punto flotante (IEEE 754).
  • Aritmética binaria y operaciones con bits (desplazamientos, máscaras).
• Diseño Lógico e Implementación Secuencial:
  • Diseño de sistemas combinacionales y secuenciales.
  • Implementación de lógica digital.
• Lenguaje de Máquina:
  • Estructura de instrucciones y registros.
  • Control de flujo: condicionales, bucles y llamadas a funciones.
  • Representación de datos en memoria: arreglos, estructuras y punteros.
  • ABI (Application Binary Interface) y manejo de la pila.
• Arquitectura de Procesadores:
  • Ciclo de instrucción y arquitectura microprogramada.
  • Diseño de procesadores: arquitectura Y86 y RISC.
  • Pipelining: riesgos (data hazards, control hazards) y optimización.
• Memoria y Jerarquía de Memorias:
  • Memoria dinámica y jerarquía de memorias (registros, caché, RAM, disco).
  • Memoria caché: mapping y políticas de reemplazo.
  • Principios de localidad (temporal y espacial).
  • Memoria virtual: paginación, tablas de páginas y traducción de direcciones (TLB, page faults).

Trabajo Práctico de Sistemas Combinacionales

• Diseño y simulación de circuitos combinatorios en Logisim Evolution.
• Construcción modular con compuertas básicas y multiplexores.
• Implementación de sumadores de 1 bit y de 4 bits.
• Extensión del sumador con flags Z, C, V, N.
• Conceptos básicos de complemento a 2 y detección de signo/overflow.
• Diseño de una ALU de 4 bits con operaciones: suma, resta, AND y OR.
• Uso de selector de operación (OP) para controlar la ALU.
• Integración de circuitos provistos (inversor, detectores de overflow/borrow).
• Testing automático con Logisim por consola y comparación de salidas con Makefile.

Trabajo Práctico Datalab

• Manipulación de bits y operaciones a nivel binario en C.
• Implementación de funciones con operadores bit a bit y restricciones de lenguaje.
• Representación de enteros con signo y sin signo.
• Uso de complemento a dos.
• Desplazamientos lógicos y aritméticos.
• Máscaras de bits y construcción de constantes.
• Detección de casos límite: cero, overflow.
• Comparaciones y transformaciones sin usar estructuras de control prohibidas.
• Representación y análisis de números en punto flotante (IEEE-754).
• Decodificación de signo, exponente y fracción en floats.

Trabajo Práctico de Microarquitectura

• Análisis de una microarquitectura microprogramada en Logisim Evolution.
• Estudio del datapath: registros, PC, ALU, buses y memorias.
• Interpretación de formato de instrucciones y opcodes.
• Uso de señales de control y secuenciamiento por clock.
• Programación y ejecución de programas en ensamblador.
• Ensamblado y carga de código en memoria con herramientas provistas.
• Seguimiento de ejecución: ciclos de clock y microinstrucciones.
• Implementación y prueba de nuevas instrucciones.
• Modificación de microcódigo y unidad de control.
• Integración de circuitos nuevos dentro de la arquitectura existente.

Trabajo Práctico de Assembly x86

• Programación de rutinas en lenguaje ensamblador integradas con C.
• Interoperabilidad C ↔ ASM (convenciones de llamada, parámetros y retornos).
• Manipulación directa de memoria dinámica a bajo nivel.
• Manejo explícito de punteros y direcciones de memoria.
• Implementación manual de operaciones sobre strings e enteros sin usar libc.
• Uso de calloc/free desde código ensamblador.
• Gestión de estructura de datos en memoria (layouts de structs y offsets).
• Control de acceso a memoria y prevención de errores y fugas (validado con Valgrind).
• Proceso de compilación y enlace de módulos C y ASM con Makefile.

Trabajo Práctico de Caché

• Funcionamiento de memoria caché.
• Parámetros de caché: tamaño, sets y asociatividad.
• Caché direct-mapped y set-associative.
• Descomposición de direcciones: tag, índice y offset.
• Simulación de accesos a memoria desde trazas.
• Lecturas y escrituras en caché.
• Hit, clean miss y dirty miss.
• Política de reemplazo LRU.
• Bits de línea: valid, dirty, last-used.
• Política write-back.
• Penalidad de acceso a memoria principal.
• Cálculo de tiempos de acceso.
• Métricas: misses, miss rate, bytes transferidos.
• Impacto de la configuración de caché en el rendimiento.