Prácticas de Laboratorio para la Materia Arquitectura de Computadoras

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Título :	Prácticas de Laboratorio para la Materia Arquitectura de Computadoras
Autor :	Savage Carmona, Jesus
Fecha de publicación :	2013
Resumen :	El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un conjunto de prácticas para las materias de Arquitectura de Computadoras que se imparten en la carrera de Ingeniería en Computación y en los programas de posgrado de Ciencias e Ingeniería en Computación y en el de Ingeniería Eléctrica en los cuales participa la Facultad de Ingeniería. Contribución del Proyecto: Estamos convencidos que el desarrollo de estas prácticas ayudará a los estudiantes inscritos en estas materias a una mejor comprensión del campo de las arquitecturas de computadoras, y los motivará en otras áreas científicas y tecnológicas, tales como la inteligencia artificial, las ciencias computacionales y el procesamiento digital de señales. Las prácticas consistirán desde una introducción a los principales temas de arquitectura de computadoras, así como hacer instrumentaciones prácticas de los algoritmos descritos en los temas asociados al curso. En las prácticas más avanzadas se diseñara un procesador completo. Este proyecto esta en concordancia con los siguientes puntos de los Planes de Desarrollo de la Facultad de Ingeniería: 1.1 Actualización permanente de planes y programas de estudio 5.4 Modernización y mantenimiento de laboratorios experimentales y aulas
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5348
metadata.dc.contributor.responsible:	Savage Carmona, Jesus
metadata.dcterms.callforproject:	2013
metadata.dc.coverage.temporal:	2013-2015
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura nivel superior
metadata.dc.description.objective:	1 Desarrollar un conjunto de prácticas para las materias de Arquitectura de Computadoras ofrecidas en la carrera de Ingeniería en Computación y en los Posgrados en Ciencias e Ingeniería de la Computación y en el de Ingeniería Eléctrica. 2 A través de estas practicas incorporar a estudiantes de licenciatura y posgrado a la investigación en el campo de la arquitectura de las computadoras, específicamente en las siguientes áreas para el desarrollo de las prácticas: 2.1 Diseño de los componentes de un microprocesadores de propósito general: registros, ALUs, unidad de procesos, etc. 2.2 Integración de componentes para la formación de un procesador. 2.3 Diseño de procesadores para el procesamiento digital de señales. 2.4 Uso de los dispositivos lógicos programables, FPGAs, para la solución de problemas específicos. 3 Estimular el desarrollo de nuevos proyectos en el campo de la arquitectura de computadoras en la UNAM. 4. Modernización de los laboratorios en donde se imparte esta materia, tanto en la facultad de Ingeniería como en el Posgrado de Ciencias e Ingeniería en Computación.
metadata.dc.description.hypothesis:	1 El desarrollo de estas prácticas ayudarán a los estudiantes inscritos en las materias de Arquitectura de Computadoras a una mejor comprensión del diseño de computadoras. 2. Los motivará a aplicar sus conocimientos adquiridos a otras áreas científicas y tecnológicas, tales como la inteligencia artificial, las ciencias computacionales, el procesamiento digital de señales, la bio-medicina, robótica y la industria. 3. Estas practicas ayudaran a estandarizar la forma como se enseñan los tópicos cubiertos en los cursos de Arquitectura por Computadora ofrecidos en las carreras de Ingeniería en Computación y en los Posgrados en Ciencias e Ingeniería de la Computación y en el de Ingeniería Eléctrica de la UNAM
metadata.dc.description.strategies:	A. En la primera etapa del proyecto se diseñarán las prácticas de laboratorio para cumplir con los objetivos del los cursos de Arquitectura de Computadoras. Las practicas se basarán en el temario que el Dr. Jesús Savage usa en el curso de Arquitectura de Computadoras en el posgrado de Ciencias e Ingeniería en Computación, se presenta a continuación este temario: Objetivo(s) del curso: El alumno comprenderá la organización de las computadoras digitales. Se pretende diseñar desde el punto de vista lógico y práctico los diferentes componentes de una computadora. El alumno comprenderá también la diferencia entre las computadoras tipo CISC y RISC. 1 Conceptos Básicos Objetivo: El alumno describirá los elementos fundamentales de una computadora, así como su funcionamiento lógico y físico. 1.1 Estructura Básica de una computadora 1.1.1 Tipos de Computadoras 1.1.1.1 Computadoras secuenciales (CISC) 1.1.1.2 Computadoras paralelas 1.1 1.3 Procesadores Encauzados (RISC) 1.2 El controlador de la computadora 1.2.1 Algoritmo de máquina de estados 1.3 Introducción a los dispositivos lógicos programables (FPGAs) 1.3.1 Lenguajes de Programación de los FPGAs (VHDL, Verilog) 2 Construcción de Máquinas de Estados usando memorias Objetivo: El alumno aprenderá a construir máquinas de estados usando memorias. 2.1 DIRECCIONAMIENTO POR TRAYECTORIA 2.2 DIRECCIONAMIENTO ENTRADA-ESTADO 2.3 DIRECCIONAMIENTO IMPLÍCITO 3 CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS DE ESTADOS USANDO SECUENCIADORES Objetivo: El alumno aprenderá a construir máquinas de estados usando secuenciadores 3.1 EL SECUENCIADOR BÁSICO 3.2 SECUENCIADORES Y MEMORIAS 3.3 IMPLANTACIÓN DE CARTAS ASM USANDO SECUENCIADORES 4 COMPONENTES BÁSICOS DE UN PROCESADOR. Objetivo: El alumno diseñará los componentes básicos que conforman un procesador 4.1 UNIDAD DE CONTROL DE LA COMPUTADORA 4.2 UNIDAD DE PROCESOS ARITMÉTICOS 4.3 REGISTROS INTERNOS 4.4 UNIDAD DE CONTROL DE PROGRAMA 4.5 REGISTRO DE ESTADOS O BANDERAS 4.6 UNIDAD DE CONTROL DE INTERRUPCIONES. 5 DISEÑO DE UN PROCESADOR CISC COMERCIAL DE 8 BITS. Objetivo: El alumno diseñara un microprocesador comercial tipo CISC, el 6811, usando los componentes diseñados en la sección 4. Aprenderá el concepto de micro-programación y lo aplicara con las instrucciones en ensamblador del microprocesador. Contenido: 5.1 ARQUITECTURA DEL MICROPROCESADOR 6811 5.2 TIPOS DE INSTRUCCIONES 5.3 MICROPROGRAMACIÓN 6 COMPUTADORAS TIPO RISC. Objetivo: El alumno aprenderá el concepto de procesamiento encauzado (PIPILINE) de las computadoras tipo RISC Contenido: 6.1 Definición de procesamiento encauzado (PIPILINE). 6.2 Procesamiento encauzado (PIPILINE) en el diseño de ALUs 6.3 Procesamiento encauzado (PIPILINE) en los procesadores 6.3.1 Microprocesador MIPS 6.3.2 Microprocesador Power PC 6.3.3 Microprocesador PIC 6.4 Restricciones de diseño. 6.4.1 Dependencias entre los registros 6.4.2 Saltos condicionales 7 COMPUTADORAS PARALELAS Objetivo: El alumno describirá las computadoras paralelas y las supercomputadoras Contenido: 7.1 Características generales. 7.2 Arquitecturas SIMD (Matriciales) 7.3 Arquitecturas MISD (Superpipeline) 7.4 Arquitecturas MIMD (Interconectadas)
metadata.dc.description.goals:	Año 2013 Meta 1. Se diseñarán ocho practicas las cuales cubrirán los siguientes tópicos: En la practicas 1 y 2 los alumnos aprenderán a usar las herramientas de desarrollo para la programación de los dispositivos lógicos programables, FPGAs. En las practicas 3, 4 y 5 los alumnos diseñaran los componentes básicos que constituyen una arquitectura de computadoras: registros, unidad central de procesos, ALUs, unidad de interrupciones, etc. En las practicas 6,7 y 8 los alumnos construirán una arquitectura básica CISC y una RISC o un DSP dependiendo de los intereses de los estudiantes. Meta 2. Equipar un laboratorio de Arquitectura de Computadoras en donde se lleven a cabo estas practicas con tarjetas de desarrollo de dispositivos lógicos programables, FPGAs, osciloscopios, generadores de funciones, etc, que serán utilizados en el desarrollo de las prácticas. Meta 3. Estas practicas se incluirán en la siguiente edición del libro Diseño de Microprocesadores que será editado por la Facultad de Ingeniería de la UNAM. Año 2014 Meta 1. Se terminarán y se probarán las prácticas Meta 2. Se terminará de equipar el laboratorio de Arquitectura de Computadoras.
metadata.dc.description.selfAssessment:	* Se diseñaron las practicas que se propusieron en el proyecto, éstas están siendo usadas actualmente por los estudiantes de la materia de Arquitectura de Computadoras del posgrado de Ciencias e Ingeniería de Computación de la UNAM. Estas practicas han sido de gran utilidad para que los estudiantes puedan entender mejor los conceptos que se han explicado en la teoría. Estas practicas también son utilizadas por algunos de los profesores que imparten el curso de Arquitectura de Computadoras a nivel de licenciatura en la Facultad de Ingeniería. * Por otro parte se ofreció el curso "Diseño de Arquitecturas de Computadoras con FPGAS impartido en el marco del Programa de Actualización y Superación Docente (PASD) de la DGAPA para profesores de licenciatura, en el cual asistieron algunos profesores de la Facultad de Ingeniería que imparten estos temas en sus cursos. * El estudiante Ramón Nonato Lagunes desarrollo la tesis de maestría del posgrado de Ciencias e Ingeniería en Computación con una tesis basada en parte con las practicas desarrollados por el proyecto.
metadata.dc.description.goalsAchieved:	* Para la meta número 1 de la propuesta se logro lo siguiente: Se diseñaron 8 practicas las cuales cubrieron los siguientes tópicos: En la practicas 1 y 2, "Introducción a las Herramientas de Desarrollo de los FPGAs" e "Introducción al lenguaje VHDL", los alumnos aprenden a usar las herramientas de desarrollo para la programación de los dispositivos lógicos programables, FPGAs, así como las bases del lenguaje de programación de estos dispositivos, VHDL. En las practicas 3, 4 y 5, "Construcción de Máquinas de Estados Usando Memorias", "Secuenciadores" y "Diseño de un Multiplicador", los alumnos diseñan los componentes básicos que constituyen una arquitectura de computadoras: unidad central de procesos usando memorias, secuenciadores y un ALU para hacer multiplicaciones. En la practica 6, "Diseño de un Procesador CISC de 8 Bits" se le pide al alumno que diseñe un procesador del tipo "Complex Instruction Set Computer" (CISC) completo haciendo un "Clon" del procesador 6811. En la practica 7, "Diseño de un Procesador RISC", los alumnos construyen una arquitectura del tipo "Reduce Instruction Set Computer" (RISC), usando el concepto de PIPELINE. En la practica 8, "Diseño de un Procesador DSP", los alumnos construyen una arquitectura tipo "Digital Signal Processing" (DSP), en la cual implementan una red neuronal. * Para la meta número 2 de la propuesta se logro lo siguiente: Se adquirieron 5 computadoras y equipo electrónico, tarjetas de desarrollo de Altera diverso que se utiliza ya en el laboratorio en donde se desarrollan las practicas. * Para la meta número 3 de la propuesta se logro lo siguiente: Se actualizo el libro Diseño de Procesadores con las practicas desarrolladas en este proyecto.
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Ingeniería
metadata.dc.subject.DGAPA:	Ingenierías
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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