Obiettivi Formativi

Fornire le 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. Fornire conoscenza e comprensione con una visione critica delle moderne architetture di calcolo, caratterizzate da una complessità sempre crescente. Sviluppare la capacità di comprendere gli aspetti rilevanti delle interfacce hardware/software e di analizzare e progettare sistemi logici digitali. Sviluppare l’autonomia nella scelta delle migliori soluzioni tecnologiche da utilizzare nel progetto in esame. Sviluppare la capacità di esprimersi utilizzando un linguaggio adeguato agli standard del settore e di aggiornarsi sull’evoluzione tecnologica nell’ambito dei calcolatori elettronici.

Learning Goals

Knowledge and comprehension of basic concepts relating to methodologies for the analysis and design of logic circuits, the study of the fundamental elements of computer architecture and assembly programming. Knowledge and comprehension with a critical view on modern computing architectures, characterized by an ever increasing complexity. Development of the ability to understand the relevant aspects of hardware/software interfaces as well as to analyze and design digital logical systems. Development of an adequate degree of autonomy in choosing the best technological solutions to be used in the project under exam. Development of the ability to talk using an appropriate language and to keep up to date on technological evolution in the field of computer systems.

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).

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected objectives, mainly takes place through lectures. There are also practical based lessons in the classroom and guided exercises with teacher support with the aim of stimulating the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking. All activities are carried out with the support of a digital board (tablet).

Prerequisiti

Conoscenza dei principi fondamentali della programmazione ad alto livello (linguaggio C).

Prerequisites

Fundamentals of programming (C language).

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.

Assessment

The exam consists of a written test, followed by an oral test. During the written test, students are asked to design a synchronous sequential network. The time allotted for the written test is two hours. The outcome of the written test may be: "good" (the student is admitted to the oral test without any limitation on the final grade), "sufficient" (the student is admitted to the oral test but the final grade cannot exceed 25/30), "Insufficient" (the student is not admitted to the oral test and he/she has to repeat the written test). Once the written test has been passed (with a "good" or "sufficient" result), it is valid for the exam in progress within which the oral test must be taken. The oral exam focuses on the topics covered during the course. It has the dual purpose of verifying the level of knowledge and understanding of the course contents and to evaluate the autonomy of judgment, the ability to learn, the communicative ability and properties of scientific language and then evaluate the logical-deductive faculties acquired. by the student. The final grade is expressed out of thirty and is calculated on the evaluation of the oral exam considering the voting restrictions determined in the written exam. During the course there will be an ongoing written test. The ongoing test has the same content, the same methods, the same evaluation and the same voting limitations of the written test. The student who passes the ongoing test is exempted from the written test and can directly take the oral test. The ongoing test is carried out in the first part of the second semester and is valid for the entire June/July exam session. During the written tests it is not possible to consult neither notes nor the textbook.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 3204/1 - CALCOLATORI A ------------------------------------------------------------ -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. ------------------------------------------------------------ Modulo: 3204/2 - CALCOLATORI B ------------------------------------------------------------ -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.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 3204/1 - CALCOLATORI A ------------------------------------------------------------ -PRELIMINAR CONCEPTS: Number systems. How to represent information. One’s complemet.Two’s complement. Unsigned integers representation. Signed integers representation. Floating point representation. The IEEE 754 standard. The bit concept. -COMBINATIONAL LOGIC: Boole algebra. Logic operators. Logic gates, Boolean expressions and functions. Combinational logic networks. Karnaugh maps. Multi-level networks. Don’t care condition. High impedance. Multiplexer and Decoder. Timing. -SEQUENTIAL LOGIC: Sequential logic ciruits. Latch and Flip-Flop. Synchronous sequential logic design. Finite state machine. Timing of Sequential logic. Preset and Clear. -LOGICI COMPONENTS: Hardware Description Languages (Verilog). Arithmetic circuits. Counters and registers. Memory arrays. ROM memory. RAM memory. Dynamic and static RAM. Logic arrays ------------------------------------------------------------ Modulo: 3204/2 - CALCOLATORI B ------------------------------------------------------------ -ARM ARCHITECTURE: Assembly language. The Arm Instruction Set Architecture. Data processing instructions. Memory access instructions. Branch instructions. Conditional instructions. Functions. The stack. Machine language. Compiler. Assembler. Linker. Loader. Memory map. -ARM MICROARCHITECTURE: Performance analysis. Datapath. Single cycle processor. Multicycle processor. Pipelined processor. Processore a ciclo singolo. Processore multiciclo. Processore con pipeline. -THE MEMORY SYSTEM: Cache memory. Hit rate and miss rate. Direct mapped cache. Set associative cache. Fully associative cache. Virtual memory.