Estructura de computadors
Departament d’Arquitectura de Computadors
Presentació
Estructura de Computadors (EC) és una assignatura obligatòria de 7,5 crèdits del Grau en Enginyeria Informàtica (GEI) de la Facultat d’Informàtica de Barcelona (FIB), impartida pel Departament d’Arquitectura de Computadors (DAC) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).1
L’assignatura tracta de l’organització bàsica en què s’estructura un computador per donar suport als llenguatges de programació d’alt nivell: tant els tipus de dades que utilitzen els programes com les sentències de control més habituals. L’eix vertebrador és la relació entre el maquinari i el programari a través del nivell d’abstracció de l’arquitectura del repertori d’instruccions (instruction set architecture, ISA).2
✅️ Qualificació
🎯 Nota final
La nota final (NF) s’obté a partir de:
- Nota de teoria i problemes (NT): 80 % de \(\text{NF}\). Distribució:
- Examen parcial (EP): \(0{,}20 \cdot \max\{\text{EP}, \text{EF}\}\).
- Examen final (EF): \(0{,}60 \cdot \text{EF}\).
- Nota de laboratori (NL): 20 % de \(\text{NF}\). Distribució:
- Examen de laboratori (EL): 85 % de \(\text{NL}\).
- Avaluació continuada (AC): 15 % de \(\text{NL}\).
\[\text{NF} = 0{,}20 \cdot \max\{\text{EP}, \text{EF}\} + 0{,}60 \cdot \text{EF} + 0{,}20 \cdot (0{,}85 \cdot \text{EL} + 0{,}15 \cdot \text{AC})\]
📖️ Examen parcial — temari
- Teoria: T1–T5.
- Laboratori: L1–L3.
📖️ Examen final — temari
- Teoria: Tot.
- Laboratori: Tot.
⚗️ Laboratori
- Avaluació continuada: mitjana de les notes de les 6 sessions.
- Treball previ: Treball que s’ha de lliurar al Racó abans de l’inici de la sessió per poder ser avaluat a la pràctica. Consisteix a lliurar els fitxers de cada sessió. No s’exigeix que les respostes siguin totalment correctes, però sí suficientment completes per assegurar que durant la pràctica s’obtingui una nota positiva.
- Nota de la sessió: L’avaluació es fa individualment durant la pràctica a través de la verificació de la validesa de les respostes als exercicis i de les respostes a les preguntes que pugui fer el professor. És responsabilitat de l’estudiant d’avisar amb temps suficient el professor perquè l’avaluï.
- Examen de laboratori: Es realitza individualment en un ordinador dels laboratoris docents. És responsabilitat de l’estudiant assegurar-se:
- Abans de l’examen, de disposar d’almenys 10 MB d’espai lliure en la seva zona de disc per poder baixar i editar els fitxers de l’examen.
- Durant l’examen, de lliurar els fitxers de la solució dins del termini temporal establert.
- No hi ha límit de lliuraments. Sempre s’avaluarà només la darrera versió de cada fitxer.
🌿️ Competència transversal
La competència transversal treballada a EC és Sostenibilitat i Compromís Social (G2), amb èmfasi en la relació entre rendiment i consum elèctric dels computadors. S’avalua mitjançant un problema específic de l’EF. La nota d’aquest problema també es té en compte per al càlcul de la nota de l’EF.
📚 Material docent
📗️ Apunts, problemes i solucions
Cada tema, T1–T9, està format pel conjunt d’apunts, A1–A9, problemes, P1–P9 i solucions S1–S9.
| Tema | Apunts | Problemes | Solucions |
|---|---|---|---|
Tema 1: Introducció |
A1 | P1 | S1 |
Tema 2: Instruccions i tipus de dades bàsics |
A2 | P2 | S2 |
Tema 3: Traducció de programes |
A3 | P3 | S3 |
Tema 4: Aritmètica entera i matrius |
A4 | P4 | S4 |
Tema 5: Coma flotant |
A5 | P5 | S5 |
Tema 6: Rendiment i potència |
A6 | P6 | S6 |
Tema 7: Memòria cau |
A7 | P7 | S7 |
Tema 8: Memòria virtual |
A8 | P8 | S8 |
Tema 9: Excepcions i interrupcions |
A9 | P9 | S9 |
| Color | Icona | Tipus | Matèria avaluable | Contingut |
|---|---|---|---|---|
| | RISC-V | Sí | Referències tècniques | |
| | EC | Sí | Criteris de l’assignatura | |
| | Essencial | Sí | Contingut indispensable | |
| | Exemple | Sí | Exemples il·lustratius | |
| | Aprofundiment | No | Contingut opcional |
⚗️ Laboratori
El laboratori es numera per sessions (L1–L6).
🛠️ Recursos per a l’estudi
💻️ El simulador (RARS)
El simulador del laboratori és el RISC-V Assembler and Runtime Simulator (RARS).
- Indispensable per al laboratori.
- Recomanat per a l’assignatura en general.
- Davant de qualsevol dubte relatiu al llenguatge d’assemblador, és recomanable desenvolupar un exemple mínim (minimal working example) i experimentar-hi.
- Als materials, hi ha fragments de codi que poden servir d’orientació.
Treballar amb codi de manera habitual és una manera molt efectiva d’aclarir i consolidar conceptes.
Instal·lació
- Descarregueu i guardeu el fitxer
rars1_6.jarde la versió de referència (referències tècniques). - Descarregueu i instal·leu Java Runtime Environment (JRE) versió 8.0 o superior.
Inicialització
- Obriu un terminal (GNU/Linux: Ctrl+Alt+T).
- Aneu al directori de
rars1_6.jar(per exemple amb l’ordrecd <DIR_FULL_PATH>). - Executeu:
java -jar rars1_6.jar.
⚙️ El compilador (GNU/GCC)
El compilador de C de referència és el de la GNU Compiler Collection (GCC).
- Recomanat per a l’assignatura en general.
- Pels mateixos motius que per al codi d’assemblador.
- Als materials, també hi ha fragments de codi com a orientació.
🌐️ El Racó
- Avisos/Notícies
- Convocatòria d’exàmens
- Comunicacions dels professors i distribució de material (diapositives, problemes addicionals, etc.)
- Laboratori
- Estudis previs
- Examen
- Exàmens d’anys anteriors
- Enunciats
- Solucions
🌐️ Pàgina de l’assignatura
- Grups
- Professors
- Dates de laboratori
🌐️ Guia docent (FIB)
- Competències
- Objectius
- Rol de l’assignatura dins del pla d’estudis
🧭️ Referències tècniques
Les referències següents estableixen els criteris tècnics segons els quals s’avaluarà.
| Ítem | Nom | Estàndard |
|---|---|---|
| Llenguatge d’alt nivell | C23 (ISO/IEC 9899:2024) | [1] |
| Compilador C1 | GCC 16 | [2] |
| Llenguatge d’assemblador | RISC-V de 32 bits: RV32I, M, F i Zicsr (especificació de l’ISA v20260120) | [8] |
| Simulador1 | RARS 1.6 (32 bits) | [9] |
| Cadena d’eines | riscv32-unknown-elf-gcc (RISC-V GNU Compiler Toolchain) |
[10] |
| Sistema operatiu | GNU/Linux | Qualsevol distribució generalista |
1 En cas de conflicte RARS preval sobre el compilador.
📚️ Bibliografia
Bibliografia complementària
- RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas (David Patterson i Andrew Waterman, 2017). Versió en castellà: RISC-V Reader: Un atlas de arquitectura abierta (David Patterson y Andrew Waterman, 2017. Traducció d’Alí Lemus, Eduardo Corpeño).
Totes les assignatures esmentades en aquests apunts són del Grau en Enginyeria Informàtica (GEI) de la Facultat d’Informàtica de Barcelona (FIB), si no s’especifica explícitament el contrari.↩︎
A partir del curs 2025/26, l’arquitectura de referència de l’assignatura és RISC-V (variant RV32I, la base entera de 32 bits, i extensions M, F i Zicsr); anteriorment havia estat l’arquitectura Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages (MIPS).↩︎