Ficha Unidade Curricular (FUC)

Informação Geral / General Information

Carga Horária / Course Load

Área científica / Scientific area

Arquitectura de Computadores e Sistemas Operativos

Departamento / Department

Departamento de Ciências e Tecnologias da Informação

Ano letivo / Execution Year

2024/2025

Pré-requisitos / Pre-Requisites

Nenhum.

Objetivos Gerais / Objectives

A unidade curricular de fundamentos de arquitectura de computadores tem como principal objectivo a compreensão do funcionamento dum computador digital moderno e dos seu componentes principais, focando-se principalmente no processador e memória, e no modelo de execução. Ao longo da UC serão estudados os componentes básicos utilizados para a construção dos sistemas digitais complexos utilizados nos vários elementos dum processadores, com ênfase na abstracção funcional e na sua combinação para a implementação de um computador digital. Será também analisada a forma de controle de processadores através de instruções, e o modo de funcionamento dum computador durante a execução de uma programa.

Objetivos de Aprendizagem e a sua compatibilidade com o método de ensino (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes) / Learning outcomes

+ OA1 - Compreender o funcionamento de um computador moderno, reconhecendo os seus componentes principais e funcionalidades; + OA2 - Compreender o funcionamento de circuitos digitais lógicos e aritméticos, e projectar circuitos deste tipo a partir da especificação de um problema; + OA3 - Explicar o funcionamento de circuitos sequenciais síncronos e projectar circuitos deste tipo para controlo de outros elementos num sistema digital; + OA4 - Analisar o funcionamento de bancos de registos e memórias e sua utilização no contexto de um computador digital; + OA5 - Compreender como se combinam os vários componentes para a execução de instruções individuais e programas completos.

Conteúdos Programáticos / Syllabus

CP1. Arquitectura de um computador + Arquitectura básica: controle, datapath, memória e I/O + Código máquina, linguagem assembly, e linguagens de alto nível + Representação da Informação + Bases numéricas e numeração binária + CP2. Lógica Combinatória + Operações sobre bits + Álgebra de Boole + Tabelas de verdade + Portas Lógicas + CP3. Circuitos Combinatórios + Formas normalizadas e mapas de Karnaugh + Projecto circuitos combinatórios + Descodificadores e multiplexadores + Circuitos lógicos e aritméticos + CP4. Circuitos Sequenciais + Trincos e Flip-flops + Modelos de circuitos sequenciais + Projecto de circuitos sequenciais + CP5. Registos e Memórias + Registos e bancos de registos + Transferência de registos + Tipos de memórias + Bancos de memória + CP6. Arquitectura Processador + Arquitectura de Von-Neumann + Instruction Set Architecture (ISA) + Datapath e unidades de controlo + CPUs modernos

Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the curricular units content dovetails with the specified learning outcomes

Os conceitos principais que suportam o objectivo de aprendizagem (OA) 1 são discutidos no contexto do conteúdo programático (CP) 1, que serve simultaneamente como uma descrição global da UC, apresentando os vários OA e a sua relação com os CP. Os conteúdos programáticos CP2 a CP4 apresentam os conceitos fundamentais de sistemas digitais que suportam os objectivos de aprendizagem OA2 e OA3. O objectivo de aprendizagem OA4 é suportado pelos conceitos e técnicas discutidas ao nível do CP5. Finalmente, o objectivo de aprendizagem OA5 é abordado no contexto do CP6, que reúne os elementos funcionais discutidos nos CP anteriores, e os combina na implementação de um processador digital simples, controlado através de um programa.

Avaliação / Assessment

A UC pode ser realizada através de 2 modalidades de avaliação: 1. Avaliação ao longo do semestre A avaliação ao longo do semestre é composta por: + (70%) 2 testes: 1 teste realizado a meio do semestre, em data a definir, e um 2.º teste realizado na primeira data da época de exame; + (20%) Trabalhos de laboratório em grupo, realizados semanalmente durante as aulas de laboratório; + (10%) Mini-testes online, realizados semanalmente na plataforma de e-learning. A nota final é calculada através de uma média ponderada destas 3 vertentes de acordo com os pesos apresentados tendo em conta que: + A aprovação na componente dos testes obriga à obtenção de uma nota mínima de 7,5 valores em ambos os testes; + A falta a 2 ou mais sessões de laboratório resulta na reprovação automática nesta componente da avaliação; + A não entrega de 4 ou mais mini-testes online resulta na reprovação automática nesta componente da avaliação; + Para efeitos do cálculo das notas os trabalhos em falta são cotados com 0 valores; A reprovação em qualquer das componentes de avaliação ao longo do semestre obriga à realização da avaliação por exame final. 2. Avaliação por exame final A avaliação por exame final é composta por 1 único exame realizado em qualquer das épocas de exame disponíveis, que corresponderá a 100% da nota final.

Metodologias de Ensino / Teaching methodologies

A unidade curricular está estruturada ao longo de 12 semanas lectivas, com 3 aulas distintas semanais: + 1 aula teórica, essencialmente expositiva, onde se apresentam os conceitos e técnicas dos conteúdos programáticos; + 1 aula prática, de carácter idealmente interactivo, onde os os alunos resolvem um conjunto de problemas associados aos conteúdos explorados nessa semana, devidamente apoiados pelo docente em sala de aula; + 1 aula de laboratório, realizada nos laboratórios de ensino da UC, onde é pedido aos alunos a realização de um pequeno trabalho prático que consiste na implementação e/ou simulação de um circuito que exemplifique as técnicas analisadas. O trabalho realizado nas aulas de laboratório é executado em grupo, que deverá ser composto por 3 elementos. Adicionalmente é esperado do aluno um tempo de trabalho autónomo semanal de 3 a 5 horas para consulta da bibliografia e revisão da matéria, resolução de exercícios e preparação dos trabalhos de laboratórios, sendo encorajada a colaboração entre os vários estudantes.

Demonstração da coerência das metodologias de ensino e avaliação com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the teaching and assessment methodologies are appropriate for the learning outcomes

A metodologia de ensino segue o modelo tradicional de ensino destas temáticas, estruturado em aulas teóricas, práticas e laboratoriais, tal como descrito na secção relevante. Este modelo, associado à estruturação dos conteúdos programáticos, permite ao aluno adquirir progressivamente as competências necessárias para cada objectivo de aprendizagem, e estabelecer a relação entre eles. Os procedimentos de avaliação estão estruturados de forma análoga, incidindo progressivamente nos conteúdos programáticos leccionados e, em simultâneo, na demonstração das competências dos objectivos de aprendizagem associados através da avaliação resposta a problemas e da implementação de projectos no âmbito da UC. Em particular, no modalidade de avaliação ao longo do semestre: 1. O 1.º teste incidirá nos conteúdos programáticos CP1 a CP3, o 2.º teste nos conteúdos CP4 a CP6 2. Os trabalhos de laboratório irão incidir em todos os conteúdos programáticos, sendo o trabalho de cada semana focado nos conteúdos programáticos dados até então e respectivos objectivos de aprendizagem. 3. Os mini-testes online irão incidir nos conteúdos programáticos leccionados no início da semana, e os objectivos de aprendizagem relacionados. Na modalidade de avaliação por exame final, o exame incide na totalidade dos conteúdos programáticos.

Observações / Observations

Bibliografia Principal / Main Bibliography

+ Logic and Computer Design Fundamentals, 5th Edition, Morris Mano e Charles Kime, Prentice-Hall, 2015 + Sebenta e Caderno de exercícios de Fundamentos de Arquitetura de Computadores, disponíveis no sistema de e-learning

Bibliografia Secundária / Secondary Bibliography

+ Arquitectura de Computadores: dos Sistemas Digitais aos Microprocessadores, 2ª Edição, Guilherme Arroz, José Monteiro e Arlindo Oliveira, IST Press, 2009 + Computer Organization and Design, 5th Edition, David Patterson and John Hennessy, Morgan Kaufmann, 2014

Data da última atualização / Last Update Date

2024-07-29