Designing Computer Architectures with a Practical and Systematic Teaching Approach
DOI:
https://doi.org/10.5753/ijcae.2018.4848Keywords:
Teaching of Computer Architecture and Organization, Integration between Hardware and Software, Practical and Systemic ApproachAbstract
In the main national and international reference curricula for undergraduate studies in Computer Science and, particularly, in Computer Engineering, there is an emphasis on the importance of learning concepts related to Computer Architecture and Organization. This article presents an analysis of the results obtained from applying a teaching methodology for learning Computer Architecture and Organization within a modern and differentiated curriculum aimed at Computer Engineering education. This curriculum is grounded in and structured around a practical and systematic approach and aims, among other objectives, to reduce students' fragmented perspective in the development of a complex computational system. The teaching methodology applied in Computer Architecture and Organization has been meeting the needs of this new approach, providing student-centered learning and enabling the development of skills related to creative, innovative, and self-motivated thinking, going beyond the mere reproduction or verification of experiments.
Downloads
References
The Joint Task Force on Computing Curricula. IEEE Computer Society and Association for Computing Machinery. Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Computer Engineering, 2016.
SBC - Sociedade Brasileira de Computação. Currículo de referência da SBC para cursos de Graduação em Bacharelado em Ciência da Computação e Engenharia de Computação, 2005.
Parecer CNE/CES n. 136, de 09 de março de 2012, que trata sobre as Diretrizes Curriculares Nacionais para os cursos de graduação em Computação.
Unifesp. Projeto Pedagógico do Curso de Graduação do Bacharelado em Engenharia de Computação, fevereiro de 2015.
Tiago de Oliveira, Luiz E. G. Martins, Denise Stringhini, Álvaro L. Fazenda e Fábio A. M. Cappabianco, “O ensino e aprendizado de Arquitetura e Organização de Computadores num currículo de Engenharia de Computação estruturado em uma abordagem prática e sistêmica”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), vol. 6, n. 1, pp. 27-36, Dezembro 2017.
Jayantha Herath, Sarnath Ramnath, Ajantha Herath, and Susantha Herath. An active learning environment for intermediate computer architecture courses. In Proceedings of the 2002 workshop on Computer architecture education: Held in conjunction with the 29th International Symposium on Computer Architecture (WCAE '02). ACM, New York, NY, USA, 2002.
O. Arbelaitz, J. I. Martín and J. Muguerza. Analysis of Introducing Active Learning Methodologies in a Basic Computer Architecture Course. IEEE Transactions on Education, Vol. 58, No. 2, pp. 110-116, May 2015.
B. Nikoli, V. Milutinovic, "A survey and evaluation of simulators suitable for teaching courses in computer architecture and organization", IEEE Transactions on Education, Vol. 52, No. 4, November 2009.
Z. Sridhar, "GNUSim8085, versão 1.3.7", [link]. Acesso em 26 de julho de 2017.
K. Vollmar and P. Sanderson. Mars: an education-oriented MIPS assembly language simulator. In ACM SIGCSE Bulletin, volume 38, pages 239–243. ACM, 2006.
P. S. Magnusson et Al, “Simics: A Full System Simulation Platform” In: Computer IEEE, v. 35-2, pg. 50-58, fev 2002.
Gabriel P. Silva e José Antônio dos S. Borges, “SimuS: Um simulador para o Ensino de Arquitetura de Computadores”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 5, No. 1, p. 07-12, Dezembro 2016.
Paulo V. Vieira, André L. A. Raabe e Cesar A. Zeferino, “Projeto BIP: Impactos de 10 anos de Uso de uma Proposta Interdisciplinar de Ensino de Computação”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 5, No. 1, p. 32-37, Dezembro 2016.
Liana Duenha e Rodolfo Acevedo, “Utilização dos simuladores do MPSoCBench para o ensino e aprendizagem de Arquitetura de Computadores”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 5, No. 1, p. 26-31, Dezembro 2016.
Weber, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. 2. ed. Porto Alegre. Sagra-Luzzatto, 2004.
C. M. Kellett, "A Project-Based Learning Approach to Programmable Logic Design and Computer Architecture", IEEE Transactions on Education, Vol. 55, No. 3, pp. 378-383, Aug. 2012.
Ma De Los Ángeles Cifredo-Chacón, Ángel Quirós-Olozábal, and José María Guerrero-Rodríguez, "Computer architecture and FPGAs: A learning-by-doing methodology for digital-native students", Journal Computer Applications in Engineering Education, Vol. 23, No. 3, pp. 464-470, May 2015.
E. Larraza-Mendiluze, N. Garay-Vitoria, J. I. Martín, J. Muguerza, T. Ruiz-Vázquez, I. Soraluze, J. F. Lukas and K. Santiago, "Game-Console-Based Projects for Learning the Computer Input/Output Subsystem", IEEE Transactions on Education, Vol. 56, No. 4, pp. 453-458, Nov. 2013.
Edurne Larraza-Mendiluze, Nestor Garay-Vitoria, Iratxe Soraluze, José Martín, Javier Muguerza, and Txelo Ruiz-Vázquez, "Using a Real Bare Machine in a Project-Based Learning Environment for Teaching Computer Structure: An Analysis of the Implementation Following the Action Research Model", Journal ACM Transactions on Computing Education, Vol. 16, No. 3, pp. 13:1-13:17, June 2016.
Leandro S. G. de Carvalho e Fabíola G. Nakamura, “Práticas de Ensino na Disciplina de Circuitos Lógicos”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 2, No. 1, p. 09-12, Dezembro 2013.
Vinícius B. da Silva e Jean F. P. Cheiran, “Análise do uso de microcontroladores como ferramenta de apoio ao ensino-aprendizagem de Arquitetura de Computadores”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 4, No. 1, p. 01-04, Dezembro 2015.
Wagner L. A. de Oliveira, Anfranserai M. Dias, Antonio L. Apolinário Jr., Angelo A. Duarte e Tiago de Oliveira. Aplicando PBL no Ensino de Arquitetura de Computadores. In: PBL2010 International Conference, São Paulo. PBL 2010 - Congresso Internacional, 2010.
Ricardo O. Duarte e Pedro F. D. Garcia, Metodologia de Ensino Orientada para Projetos e Criação de Material Didático: Um relato de caso da disciplina sistemas, processadores e periféricos Laboratório, da Escola de Engenharia da UFMG. Revista Docência do Ensino Superior, v. 1, p. 01-18, 2011.
Wagner L. A. de Oliveira, Anfranserai M. Dias, Antonio L. Apolinário Jr., Angelo A. Duarte e Tiago de Oliveira. Ensino de Arquitetura de Computadores: Uma Abordagem Utilizando a Metodologia de Aprendizagem Baseada em Problemas. In: Carlos Augusto Paiva da Silva Martins; Philippe Olivier Alexandre Navaux; Rodolfo Jardim de Azevedo; Sérgio Takeo Kofuji. (Org.). Arquitetura de Computadores: educação, ensino e aprendizado. 1ed.: Sociedade Brasileira de Computação - SBC, 2012, p.34-73.
Ricardo O. Duarte e Pedro F. D. Garcia, “Ensino Prático de Projeto de Processadores Segundo uma Metodologia de Ensino-Aprendizagem baseada em Projetos na Escola de Engenharia da UFMG”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 1, No. 1, p. 11-20, Dezembro 2012.
Thomas L. Floyd. Digital Fundamentals (11th ed.), Pearson, 2014.
Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer and Gregory L. Moss. Digital Systems: Principles and Applications (12th ed.), Pearson, 2017.
M. Morris Mano and Michael D. Ciletti. Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and SystemVerilog (6th ed.), Pearson, 2017.
Altera. Kit Educacional DE2-115. Disponível em: [link]. Acesso em 12 de outubro de 2017.
Altera. Quartus Prime Standard Edition Handbook, 2017. Disponível em: [link]. Acesso em 12 de outubro de 2017.
J. L. Hennessy and D. A. Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 5rd ed. San Francisco, CA, USA: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2011.
M. Morris Mano, Charles R. Kime and Tom Martin. Logic and Computer Design Fundamentals (5th ed.). Editora Pearson, 2015.
Skrien, Dale. CPU Sim 3.1: A tool for simulating computer architectures for computer organization classes. ACM Journal of Educational Resources in Computing, Dezember 2001.
Jovan Djordjevic, Bosko Nikolic and Ar Milenkovic. Flexible web-based educational system for teaching computer architecture and organization. IEEE Transactions on Education, Vol. 48, No. 2, pp. 264-273, May 2005.
William Yurcik and Larry Brumbaugh. A web-based little man computer simulator. In Proceedings of the thirty-second SIGCSE technical symposium on Computer Science Education(SIGCSE '01). ACM, New York, NY, USA, March 2001.
Vieira, Paulo; Zeferino, Cesar e Raabe, Andre. Avaliação Empírica da Proposta Interdisciplinar de Uso dos Processadores BIP. Revista Brasileira de Informática na Educação, Volume 23, Número 2, 2015.
Paulo V. Vieira, André L. A. Raabe e Cesar A. Zeferino, “Projeto BIP: Impactos de 10 anos de Uso de uma Proposta Interdisciplinar de Ensino de Computação”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 5, No. 1, p. 32-37, Dezembro 2016.
Edson Borin e Rafael Auler, “Uma abordagem para o ensino de linguagem de montagem, arquitetura e organização de computadores”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 2, No. 1, p. 21-24, Dezembro 2013.
Gabriel P. Silva e José Antônio dos S. Borges, “SimuS: Um simulador para o Ensino de Arquitetura de Computadores”, International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), Vol. 5, No. 1, p. 07-12, Dezembro 2016.
Weber, R. F. Fundamentos de Arquitetura de Computadores. 2. ed. Porto Alegre. Sagra-Luzzatto, 2004.
Moodle. Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment (Moodle), 2017. Disponível em: [link]. Acesso em 13 de setembro de 2017.
B. Nikoli, V. Milutinovic, "A survey and evaluation of simulators suitable for teaching courses in computer architecture and organization", IEEE Transactions on Education, Vol. 52, No. 4, November 2009.
William Stallings. Computer Organization and Architecture: Designing for Performance (10th ed.). Editora Pearson, 2016.
Andrew S. Tanenbaum and Todd Austin. Structured Computer Organization (6th ed.). Editora Prentice Hall, 2012.
Sajjan G. Shiva. Computer Organization, Design and Architecture (5th ed.), CRC Press, 2013.2017.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2018 Os autores
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.