Materia	Carrera	Plan	Año	Periodo
ARQUITECTURA DEL PROCESADOR	ING. INFORM.	026/12- 08/15	2025	1° cuatrimestre

Docente	Función	Cargo	Dedicación
ARROYUELO BILLIARDI, JORGE A.	Prof. Responsable	P.Adj Exc	40 Hs
ARROYUELO, MONICA DEL VALLE	Responsable de Práctico	JTP Exc	40 Hs

En esta asignatura se aborda el estudio de la organización y arquitecturas de computadoras, tomando como punto de partida los procesadores secuenciales de tipo Von Neumann.
El alumno será involucrado en:
*Problemas de representación de los datos que serán manipulados por el procesador y la organización de los componentes principales del procesador que permiten procesar, almacenar y transferir información.
*Comprender cuál es el conjunto de instrucciones provistas habitualmente por los procesadores y sus modos de direccionamiento.
*Como se controla la realización de estas instrucciones a medida que transcurre el tiempo y como medimos su desempeño.
*Como un sistema de computación se comunica mediante dispositivos de entrada/salida.

*Aprender como representar datos y manipularlos en un sistema de computación.
*Comprender como están diseñados los procesadores secuenciales y como es su ciclo de instrucción.
*Desarrollar una actitud crítica frente al diseño de distintos procesadores.
*Obtener experiencia en programación de bajo nivel. Comprender como interactúan los procesadores con su medio externo.

PROGRAMA ANALÍTICO Y DE EXAMEN


Unidad 1: Sistemas numéricos y Aritmética.
Sistemas numéricos posicionales. Sistema binario, hexadecimal y octal. Conversión de decimal a binario y viceversa. Operaciones aritméticas en binario. Representación signo/magnitud: representación y operaciones.
Complemento a dos: representación y suma. Rango de representación en los distintos sistemas. Punto punto flotante Estándar IEEE 754: representación y operaciones.

Unidad 2: Organización y Funcionamiento de una computadora.
Maquinas de Von Neumann. Memorias.
Elementos de procesamiento, control, estado y caminos de datos. Conjunto de instrucciones. Ciclo de instrucción. Acceso a datos en memoria. Modos de direccionamiento: conceptos generales. Modo registro, absoluto, inmediato, registro indirecto. Modo de direccionamiento de múltiples componentes: indexado, relativos: a una base y a la próxima instrucción.

Unidad 3:Arquitectura MIPS.
Lenguaje Assembly. Conjunto de Instrucciones. Datos estructurado: arreglos, registros y listas vinculadas. Estructuras de control: selección, iteración, selección por caso. Llamadas a subrutina y retornos de subrutina. Pasaje de parmetros a las subrutinas: por valor, por dirección. Formas de pasaje de parámetros: en registros, en la pila. Ejemplos en el procesador MIPS.

Unidad 4:Entrada/Salida.
Características generales de la entrada/salida (I/O) y los sistema de interconexión (buses). Módulos de entrada/salida: interfaz con la CPU e interfaz con el dispositivo. Protocolos de entrada/salida. Entrada/Salida programada. Organización de la entrada/salida: dedicada y embebida en el espacio de memoria.

Unidad 5: Pipeline y Desempeño
Concepto de pipeline. conflictos en la ejecución de instrucciones: datos, control y estructurales. Medidas de performance: cpu_time.

unidad 6: Jerarquia de Memoria
Concepto general de jerarquía de memoria. Memorias cache. Organización de memorias Cache.

Unidad N° 7: Interrupciones y DMA (Direct Memory Access)
Concepto de multiprogramación. Problemas presentados por la multiprogramación. Cambios de control necesarios para soportar multiprogramación: Interrupciones, despacho y llamadas al sistema. Excepciones. Condiciones asíncronas y síncronas. Atención de una interrupción asíncrona. Finalización de una interrupción síncrona. Manejo típico de una interrupción. Permiso para interrumpir: prioridades y deshabilitación de interrupciones. DMA.

Los trabajos prácticos consisten en problemas cuya resolución requiere la aplicación de los conceptos desarrollados en clases teóricas. En ellos se incluyen ejercicios de aula, laboratorio e investigación.

El desarrollo de los trabajos prácticos de aula y laboratorio se llevan a cabo mayormente en el aula/sala de maquinas, en los horarios previstos para las clases prácticas, en los cuales los estudiantes son guiados por los docentes mediante la explicación en pizarrón y discusión grupal de soluciones y el intercambio de conclusiones a las que arriban.

Por otra parte, se ofrece a los estudiantes la posibilidad de reforzar lo visto en clases mediante el acceso digital a guías de
estudio y archivos complementarios sobre los principales conceptos teóricos y ejemplos.

Los ejercicios de laboratorios constan de problemas desarrollarse en computadoras, con el objetivo de plasmar los conceptos vistos tanto en las teorías como en los prácticos de aula. Para las unidades de programación en lenguaje Assembly se utilizan simuladores gratuitos que pueden disponerse de forma online o descargarse en computadoras y/o dispositivos móviles. Estos simuladores son fáciles de aprender y muy útiles para visualizar la ejecución de instrucciones o programas en el procesador utilizado como caso de estudio.

Finalmente, en los ejercicios de investigación se propone a los estudiantes investigar sobre temas breves, algunos de los cuales serán evaluados en exámenes parciales, fomentando en ellos una actitud de responsabilidad para realizar el esfuerzo necesario por aprenderlos lo mejor posible cumpliendo con los tiempos pautados. Con este tipo de actividades se busca también generar en ellos autoconfianza y autonomía en el aprendizaje.



Prácticos de la Unidad N° 1
Representación de números. sistema binario, octal y hexadecimal. Representación en binario con bit de signo. Representación en sistemas de complemento. Representación en exceso. Operaciones aritméticas en los distintos sistemas de representación. Detección de desborde en los distintos sistemas de representación. Código ASCII. Representación y aritmética de números reales en punto flotante, rango de representación.
Laboratorios usando lenguaje C.

Prácticos de la Unidad N° 2
Arquitectura y programación de máquinas. Características generales de la arquitectura del MIPS. Organización de la memoria. Familiarización con el set de instrucciones del MIPS y pseudo instrucciones. Programas en lenguaje assembly simples. Instrucciones aritméticas y lógicas. Instrucciones de control condicional.
Laboratorios en MIPSim y webMIPS.

Prácticos de la Unidad N° 3
Realizar programas en los que se usen los distintos modos de direccionamiento: inmediato, absoluto, registro, base, indexado y relativos. Implementación de las estructuras de control if-then, if-then-else, case, while y repeat. Implementación de arreglos multidimensionales. Instrucciones de llamada a subrutina y de retorno de subrutina. Manejo de la pila. Implementación en lenguaje assembly de pasaje de parámetros.
Laboratorios en MIPSim y webMIPS.


Prácticos de la Unidad N° 4
Protocolo entre los dispositivos para hacer una entrada/salida programada. Programas que realicen entrada/salida en forma programada. Cuestionario sobre conceptos generales de entrada/salida

Prácticos de la Unidad N° 5
Ejecución de códigos en arquitectura de Mips con pipeline. Detección de conflictos y soluciones.

Prácticos de la Unidad N° 6
Detección de situaciones de Hit y Miss en secuencia de direcciones a memoria.

Prácticos de la Unidad N° 7
Programación con interrupciones y DMA.

Condiciones para regularizar la materia:

- Aprobar los dos exámenes parciales o sus respectivas recuperaciones con nota mayor o igual a 6 (seis).
- Contar con el 70% de asistencia a clase.

Se otorga, tal como lo expresa la reglamentación vigente, dos recuperaciones por parcial a todos los estudiantes.

Condiciones para promocionar la materia:

Regularizar la materia con las siguientes condiciones adicionales:

- Aprobar los dos exámenes parciales o sus respectivas recuperaciones con nota mayor o igual a 7 (siete).
- Contar con el 80% de la asistencia a clase.

En caso de no promocionar el alumno deberá rendir un examen final escrito u oral.

Alumnos libres:
Los alumnos que desean rendir libre la materia se deberán poner en contacto con la cátedra a los efectos de realizar un práctico, el cual contendrá ejercicios similares a los desarrollados en los prácticos durante el dictado de la materia. Aprobando éste trabajo práctico el alumno tendrá derecho a rendir un examen con iguales características que el de los alumnos regulares.

[1] Sara Harris & David Money Harris. Digital Design and Computer Architecture. Ed. Morgan Kaufmann 2016.
[2] WILLIAM STALLINGS. Computer Organization and Architecture: Designing for Performance. ED. PEARSON PRENTICE HALL [2010].
[3] JHON F. WAKERLEY. Microcomputer Architecture and Programming. Ed. JOHN WILEY AND SONS [1981].
[4] NIKLAUS WIRTH. Digital Circuit Design. An Introductory Textbook. Springer [1995].
[5] HAYES J. Computer Architecture and Organization. ED. MC. GRAW HILL [1988].
[6] WILLIAM STALLINGS. Computer Organization and Architecture fourth edition. ED. PRENTICE HALL [1996].
[7] JOHN L. HENNESSY & DAVID PATTERSON. Computer Architecture: A Quantitative Approach. 2nd Edition. ED. MORGAN AND KAUFMANN [1990].
[8] JEAN-PIERRE MAINADIER. Estructura y Funcionamiento de los Computadores Digitales. Editorial AC, Madrid [1980].
[9] JHON CRAWFORD. Architecture of the Intel 80386. Readings in Computer Architecture, pag. 157-162. Edited by M. D. Hill, n. P. Jouppi and G. S. Sohi. ISBN 1-55860-539-8. [2000]
[10] Dandamudi Sivarama P.. Introduction to Assembly Language Programming, for Pentium and RISC Processors. Springer. ISBN 0-387-20636-1. [2004].
[11] Dandamudi Sivarama P.. Guide to Assembly Language Programming in Linux. Springer. ISBN 0-387-25897-3. [2005].

[1] GERRIT A. BLAAUW-FREDERICK P. BROOKS, Jr. Computer Architecture. Concepts and Evolution. ED. ADDISON-WESLEY. [1997].
[2] PETER J. ASHENDEN. The Designer's Guide to VHDL (Second Edition). ED. Morgan Kaufmann Publishers [2002].
[3] BEHROOZ PARHAMI Computer Arithmetic. Oxford University Press; 2da edición [2010].

*Aprender como representar datos en una computadora
*Comprender como están diseñados los procesadores secuenciales y como es su ciclo de instrucción.
*Desarrollar una actitud crítica frente al diseño de distintos procesadores.
*Obtener experiencia en programación de bajo nivel. Comprender como interactúan los procesadores con su medio externo.

Sistemas Numéricos. Representación y aritmética de números enteros y fraccionarios.
Organización Básica de una Computadora. Camino de datos (Datapath), Unidad central de
procesamiento (CPU) y Memoria. Ciclo de instrucción. Conjunto de instrucciones de un
procesador, formatos y modos de direccionamiento. Lenguaje ensamblador, ensamblador de 2
pasadas y programación. subrutinas y registros de activación. Entrada /Salida. Interfaz con la
CPU. Protocolos de entrada/Salida. Interrupciones. Excepciones. DMA (Acceso directo a
Memoria). Medidas de performance. Concepto de Pipeline. Concepto de Jerarquía de
memoria.

Comunicarse con la cátedra.
Arquitectura del Procesador.
Departamento de Informática.
Of. 22. Bloque II. 1er. Piso.
Facultad de Cs. Fisico, Matemáticas y Naturales.
Universidad Nacional de San Luis.
Ejercito de los Andes 950. CP 5700.

Las vías de comunicación con los estudiantes son las siguientes:
Correos electrónicos de los docentes:
Jorge Arroyuelo <jarroyu@gmail.com>
Mononica Arroyuelo <arroyuelom@gmail.com>