Corso di laurea in Informatica

Conoscenza di base di programmazione imperativa, capacità di progettare semplici algoritmi. Insegnamenti propedeutici (forniscono le competenze attese in ingresso):

• Programmazione I e Laboratorio (I semestre)
• Fondamenti dell'Informatica (I semestre)

L’insegnamento si propone di fornire alle studentesse e agli studenti:

• la conoscenza dell’organizzazione hardware degli elaboratori, attraverso la nozione di gerarchie di macchine virtuali
• la comprensione delle funzioni svolte dall’hardware e utilizzate dai sistemi operativi
• le nozioni di base per la comprensione del processo di traduzione da linguaggi ad alto livello a linguaggio macchina

L'insegnamento è supportato da un laboratorio, finalizzato alla programmazione utilizzando un linguaggio assemblativo composto da un insieme di istruzioni appartenente allo standard RISC-V.

Insegnare le architetture degli elaboratori fa parte degli obiettivi formativi specifici del CdS in Informatica (L31), in particolare è tra quelli relativi all'area informatica di base.

Al termine dell’insegnamento le studentesse e gli studenti sarano in grado di:

• Conoscere le relazioni tra linguaggi ad alto livello (e.g., C e Java) ed il linguaggio macchina
• Conoscere le tecniche di traduzione in linguaggio macchina e del collegamento (linking/loading)
• Analizzare i componenti digitali che sono alla base dell’architettura dei moderni calcolatori
• Sviluppare piccoli programmi in un linguaggio assemblativo 

Teoria (4 CFU - 32 ore)

• Calcolatori: astrazioni e tecnologia
• Instruction Set Architecture (ISA)
  
  • RISC-V ISA
  • Bit, byte, parola, operandi dell'hardware e gli indirizzi
  • Rappresentazione delle istruzioni nel calcolatore
  • Traduzione e avvio di un programma (assembler, linker, loader)
  • L'aritmetica in virgola mobile nel RISC-V
• Il processore RISC-V
  • Introduzione di base del RISC-V
  • Unità aritmetica e logica, registri
  • Metodologia di temporizzazione
  • Realizzazione di un'unità di elaborazione
  • Uno schema semplice di implementazione
• Bus e I/O
  • I tipi di bus e l'arbitraggio
  • I/O programmato con busy waiting (pooling)
  • I/O controllato dall'interrupt
  • Direct Memory Access
  • Il meccanismo di interruzione del RISC-V
• Gerarchia delle memorie
  • Organizzazione delle memorie, località temporale e spaziale
  • Tecnologie delle memorie
  • Principi base e prestazioni delle memorie cache

Laboratorio (2 CFU - 20 ore)

• RISC-V ISA e linguaggio assemblativo
• Operandi allocati in memoria, indirizzi e registri
• Operazioni logiche
• Istruzioni condizionali - if-then-else e cicli
• Supporto hardware alle procedure - registri, stack e heap
• Compilazione e traduzione dei programmi
• Simulazione di una ALU

L’insegnamento è diviso in una parte di teoria e una di laboratorio. Per la parte di teoria sono previste 32 ore di lezioni frontali. Per la parte di laboratorio sono previste 20 ore di attività in laboratorio in cui si svolgono esercizi e approfondimenti sugli argomenti del corso, in particolare sulla programmazione in linguaggio assemblativo. La frequenza è facoltativa, consigliata, e la prova finale sarà uguale per frequentanti e non.

L’esame consiste di prove scritte e una prova orale con voto finale espresso in trentesimi (con possibilità di lode). Le prove sono articolate in più parti:

• una prova di ammissione (8 punti) finalizzata a verificare l’acquisizione delle competenze elementari
• due prove relative agli argomenti di teoria (14 punti) e di laboratorio (10 punti)

Tutte le parti dell’esame devono essere superate e contribuiscono a determinare il voto finale. Le domande della prova di ammissione, che possono essere a risposta aperta oppure a risposta chiusa, sono verificabili in modo automatico.

Le domande di laboratorio vertono sugli argomenti trattati nelle lezioni di laboratorio, in particolare la programmazione nel linguaggio assemblativo del processore RISC-V, e sono svolte (e verificate) con l'assistenza di compilatori e simulatori usati in laboratorio. Le studentesse e gli studenti devono dimostrare la capacità di sviluppare codice assembly corretto, sia dal punto di vista grammaticale che algoritmico.

Le domande di teoria (esame scritto e/o orale) possono essere a risposta aperta oppure a risposta chiusa. Le domande a risposta aperta possono richiedere l’enunciazione e la descrizione di proprietà o di tecniche viste a lezione. Possono altresì richiedere l’applicazione della teoria a particolari esempi. Con queste domande si intende valutare la comprensione dei principi visti a lezione, la capacità di enunciarli con l’uso appropriato di un linguaggio scientifico e la capacità di applicarli a casi pratici.

Tutte le prove si svolgeranno in presenza nelle aule e nei laboratori didattici dell'Università.