Dipartimento di Matematica e Fisica - Docenti

Mauro IACONO

Insegnamento di FUNDAMENTALS OF COMPUTER SCIENCE

Corso di laurea in DATA ANALYTICS

SSD: ING-INF/05
CFU: 6,00
ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00
Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

Italiano

Lingua di insegnamento	INGLESE
Contenuti	INTRODUZIONE Introduzione all'informatica. Organizzazione e architettura dei computer. Evoluzione e prestazioni dei computer. Una tassonomia dei sistemi informatici moderni. MODELLI TEORICI PER I CALCOLATRICI Macchine combinatorie, macchine sequenziali e automi, la macchina di Turing, il modello di Von Neumann. ARCHITETTURA DEL CALCOLATORE Componenti e funzioni del computer. Interconnessioni. L'UNITÀ CENTRALE DI ELABORAZIONE Concetti principali. Struttura e funzione del processore. Pipelining. Architetture X86 e ARM in breve. RISC e CISC. Processori superscalari. Problemi di prestazioni. Programmazione in linguaggio assembly. MEMORIA Gerarchia di memoria. Memoria primaria: organizzazione e tecnologie. Memoria secondaria: organizzazione e tecnologie. Caching: organizzazione e tecnologie. Problemi di prestazioni. INPUT/OUTPUT Concetti principali e organizzazione. SOFTWARE I sistemi operativi: organizzazione e funzione. Scheduling. Gestione della memoria. Software applicativo. Problemi di prestazioni. RETI DI COMPUTER Introduzione alle reti di computer. Classificazione delle reti. Reti locali. Interconnessione. ISO/OSI e TCP/IP. Internet. Reti ad alte prestazioni. Problemi di prestazioni. SISTEMI PARALLELI Sistemi multiprocessore e organizzazione. NUMA e UMA. Problemi di cache. Processori vettoriali. Cluster di computer. Computer multicore. Problemi di prestazioni. WAREHOUSE SCALE COMPUTER Introduzione. Problemi principali. Organizzazione del data center. Cloud computing. Problemi di prestazioni.
Testi di riferimento	William Stallings, "Computer organization and architecture, designing for performances" 10th edition, Pearson; John L. Hennessy, David A. Patterson, "Computer architecture, a quantitative approach" 6th edition, Morgan Kaufmann
Obiettivi formativi	L'obiettivo del corso è introdurre gli studenti alle problematiche generali relative ai modelli teorici, ai principi architetturali e ai problemi dei calcolatori, con particolare attenzione alle prestazioni. Gli studenti saranno in grado di comprendere gli aspetti principali dei sistemi informatici e di valutare i principali vantaggi e svantaggi delle diverse soluzioni.
Prerequisiti	Nessuno.
Metodologie didattiche	Lezioni.
Metodi di valutazione	Prova scritta, prova orale.
Altre informazioni	Nessuna.
Programma del corso	INTRODUZIONE Introduzione all'informatica. Organizzazione e architettura dei computer. Evoluzione e prestazioni dei computer. Una tassonomia dei sistemi informatici moderni. MODELLI TEORICI PER I CALCOLATRICI Macchine combinatorie, macchine sequenziali e automi, la macchina di Turing, il modello di Von Neumann. ARCHITETTURA DEL CALCOLATORE Componenti e funzioni del computer. Interconnessioni. L'UNITÀ CENTRALE DI ELABORAZIONE Concetti principali. Struttura e funzione del processore. Pipelining. Architetture X86 e ARM in breve. RISC e CISC. Processori superscalari. Problemi di prestazioni. Programmazione in linguaggio assembly. MEMORIA Gerarchia di memoria. Memoria primaria: organizzazione e tecnologie. Memoria secondaria: organizzazione e tecnologie. Caching: organizzazione e tecnologie. Problemi di prestazioni. INPUT/OUTPUT Concetti principali e organizzazione. SOFTWARE I sistemi operativi: organizzazione e funzione. Scheduling. Gestione della memoria. Software applicativo. Problemi di prestazioni. RETI DI COMPUTER Introduzione alle reti di computer. Classificazione delle reti. Reti locali. Interconnessione. ISO/OSI e TCP/IP. Internet. Reti ad alte prestazioni. Problemi di prestazioni. SISTEMI PARALLELI Sistemi multiprocessore e organizzazione. NUMA e UMA. Problemi di cache. Processori vettoriali. Cluster di computer. Computer multicore. Problemi di prestazioni. WAREHOUSE SCALE COMPUTER Introduzione. Problemi principali. Organizzazione del data center. Cloud computing. Problemi di prestazioni.

English

Teaching language	English
Contents	INTRODUCTION Introduction to computer science. Organization and architecture of computers. Computer evolution and performance. A taxonomy of modern computer systems. THEORETICAL MODELS FOR COMPUTING MACHINES Combinatorial machines, sequential machines and automata, the Turing machine, the Von Neumann's model. COMPUTER ARCHITECTURE Computer components and functions. Interconnections. THE CENTRAL PROCESSING UNIT Main concepts. Processor structure and function. Pipelining. X86 and ARM architectures in brief. RISC and CISC. Superscalar processors. Performance issues. Programming in assembly language. MEMORY Memory hierarchy. Primary memory: organization and technologies. Secondary memory: organization and technologies. Caching: organization and technologies. Performance issues. INPUT/OUTPUT Main concepts and organization. SOFTWARE The operating systems: organization and function. Scheduling. Memory management. Application software. Performance issues. COMPUTER NETWORKS Introduction to computer networks. Classification of networks. Local networks. Internetworking. ISO/OSI and TCP/IP. Internet. High performance networks. Performance issues. PARALLEL SYSTEMS Multiprocessor systems and organization. NUMA and UMA. Cache issues. Vector processors. Computer clusters. Multicore computers. Performance issues. WAREHOUSE SCALE COMPUTERS Introduction. Main issues. Datacenter organization. Cloud computing. Performance issues.
Textbook and course materials	William Stallings, "Computer organization and architecture, designing for performances" 10th edition, Pearson; John L. Hennessy, David A. Patterson, "Computer architecture, a quantitative approach" 6th edition, Morgan Kaufmann
Course objectives	The goal of the course is to introduce the students to general issues about computer theoretical models, architectural principles and problems, with a special consideration to performances. The students will be able to understand the main aspects about computer systems and to evaluate the main advantages and disadvantages of different solutions.
Prerequisites	None.
Teaching methods	Lessons.
Evaluation methods	Written and oral exam.
Other information	None.
Course Syllabus	INTRODUCTION Introduction to computer science. Organization and architecture of computers. Computer evolution and performance. A taxonomy of modern computer systems. THEORETICAL MODELS FOR COMPUTING MACHINES Combinatorial machines, sequential machines and automata, the Turing machine, the Von Neumann's model. COMPUTER ARCHITECTURE Computer components and functions. Interconnections. THE CENTRAL PROCESSING UNIT Main concepts. Processor structure and function. Pipelining. X86 and ARM architectures in brief. RISC and CISC. Superscalar processors. Performance issues. Programming in assembly language. MEMORY Memory hierarchy. Primary memory: organization and technologies. Secondary memory: organization and technologies. Caching: organization and technologies. Performance issues. INPUT/OUTPUT Main concepts and organization. SOFTWARE The operating systems: organization and function. Scheduling. Memory management. Application software. Performance issues. COMPUTER NETWORKS Introduction to computer networks. Classification of networks. Local networks. Internetworking. ISO/OSI and TCP/IP. Internet. High performance networks. Performance issues. PARALLEL SYSTEMS Multiprocessor systems and organization. NUMA and UMA. Cache issues. Vector processors. Computer clusters. Multicore computers. Performance issues. WAREHOUSE SCALE COMPUTERS Introduction. Main issues. Datacenter organization. Cloud computing. Performance issues.