Obiettivi Formativi

L'obiettivo principale del corso di Calcolatori è l’insegnamento delle conoscenze di base relative alle metodologie per l'analisi ed il progetto dei circuiti logici, lo studio degli elementi fondamentali di architettura dei sistemi di calcolo e della programmazione assembly. Il corso intende fornire agli studenti una visione critica sulle moderne architetture di calcolo, caratterizzate da una complessità sempre crescente, e la capacità di comprendere gli aspetti rilevanti delle interfacce hardware/software.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali. Sono inoltre previste esercitazioni in aula ed esercitazioni guidate svolte dagli studenti con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico. Tutte le attività sono svolte con supporto di lavagna digitale (tablet).

Prerequisiti

È richiesta la conoscenza dei principi fondamentali della programmazione ad alto livello (linguaggio C).

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, seguita dalla prova orale. Durante la prova scritta si chiede di eseguire il progetto di una rete sequenziale sincrona. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. L’esito della prova scritta potrà essere: “buono” (lo studente è ammesso alla prova orale senza nessuna limitazione sul voto finale), “sufficiente” (lo studente è ammesso alla prova orale ma la valutazione finale non potrà superare 25/30), “insufficiente” (lo studente non è ammesso alla prova orale e dovrà ripetere la prova scritta). Superata la prova scritta (con esito “buono” o “sufficiente”), essa ha validità per l’appello in corso entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso. Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico e indi valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi ed è calcolato sulla valutazione della prova orale, ferme restando le eventuali limitazioni di voto previste dalla prova scritta.Durante lo svolgimento del corso è prevista una prova scritta in itinere. La prova in itinere ha lo stesso contenuto, le stesse modalità, la stessa valutazione e le stesse limitazioni di voto della prova scritta. Lo studente che supera la prova in itinere è esonerato dalla prova scritta e può direttamente sostenere la prova orale. La prova in itinere viene svolta nella prima parte del secondo semestre ed ha validità per tutta la sessione di esami di giugno/luglio.Durante le prove scritte non è possibile consultare né appunti né il libro di testo.

Programma del Corso

-CONCETTI PRELIMINARI: Sistemi numerici posizionali. Codifica delle informazioni. Complemento alla base e complemento alla base meno uno. Codifica numeri interi e relativi. Codifica floating point. Lo standard IEEE 754. Il concetto di bit. -LOGICA COMBINATORIA: Algebra di Boole. Operatori logici. Porte logiche, Espressioni e funzioni booleane. Reti logiche combinatorie. Le mappe di Karnaugh. Reti multilivello. Condizioni di indifferenza. Alta impedenza. Multiplexer e Decoder. Temporizzazioni. -LOGICA SEQUENZIALE: Reti logici sequenziali. Latch e Flip-Flop. Progetto di reti logiche sequenziali sincrone. Macchine a stati finiti. Temporizzazione della logica sequenziale. Preset e Clear.  -COMPONENTI LOGICI: Cenni sui linguaggi di descrizione dell’hardware (Verilog). Circuiti aritmetici. Contatori e registri. Componenti di memoria. La Memoria ROM. La memoria RAM. RAM dinamica e RAM statica. Circuiti logici programmabili.  -ARCHITETTURA ARM: Il linguaggio Assembly. L’Instruction Set Architecture Arm. Istruzioni data processing. Istruzioni di accesso alla memoria. Istruzioni di salto. Istruzioni condizionali. Le funzioni. Lo stack. Linguaggio macchina. Il compilatore. L’assemblatore. Il linker. Il loader. Memory map.  -MICROARCHITETTURA ARM: Analisi delle prestazioni. Il Datapath. Processore a ciclo singolo. Processore multiciclo. Processore con pipeline. -IL SISTEMA DI MEMORIA: La memoria cache. Tasso di successo e di insuccesso. Cache a mappatura diretta. Cache set associative. Cache fully associative. La memoria virtuale.