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Afficher les qualités de l'ingénieur

École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Bruno De Kelper

PLAN DE COURS

Automne 2023
ELE784 : Ordinateurs et programmation système (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l'étudiante ou l'étudiant aura vu la structure fonctionnelle d’un ordinateur et le fonctionnement de ses diverses composantes, avec un accent sur l’interaction matériel-logiciel en s’appuyant sur la programmation de bas niveau en langage évolué.

Architecture de base d’un ordinateur. Architecture fonctionnelle d’un processeur générique et de quelques processeurs spécialisés tels que les microcontrôleurs et les DSP. Modèle « machine » d’un programme et notions de compilation, comprenant les méthodes d’optimisation. Périphériques d’entrée/sortie : leur intégration dans le système et les notions de pilote d’interface. Notions de base d’un noyau de système d’exploitation.

Séances de laboratoire effectuées en langage évolué et visant la familiarisation avec le développement de micro-noyaux et de pilotes d’interface (PCI, USB, etc.) ainsi que l’utilisation des ressources du système (DMA, APIC, etc.).

Objectifs du cours

À la fin de ce cours, l’étudiant(e) sera capable de :

Comprendre les systèmes d’exploitation (OS) multitâches modernes tel que Linux.
Concevoir et de réaliser des pilotes d’interfaces dans le contexte des OS modernes.
Utiliser la synchronisation des tâches et les interruptions du matériel.
Évaluer et mesurer la performance d’un programme ou un morceau de programme.
Optimiser le code d’un programme en lien avec les capacités du processeur et de la mémoire.
Comprendre et utiliser à bon escient la mémoire cache et le pipeline du système.

Stratégies pédagogiques

Un cours magistral par semaine.
Laboratoires : douze (12) séances de 2 heures

Utilisation d’appareils électroniques

Aucun

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Mardi	08:30 - 10:30	Laboratoire (Groupe A)
	Mardi	10:30 - 12:30	Laboratoire (Groupe B)
	Vendredi	08:30 - 12:00	Activité de cours

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Bruno De Kelper	Activité de cours	Bruno.DeKelper@etsmtl.ca	A-2483
01	Bruno De Kelper	Laboratoire (Groupe A)	Bruno.DeKelper@etsmtl.ca	A-2483

Cours

Date	Contenus traités dans le cours	Heures
	1. Introduction – OS multitâches Système d’exploitation Linux Espaces usager, noyau et interruption Notion de préemption et de changement de contexte Appels système, interruptions matériel et logiciel Notions de processus, fil d’exécution et de tranche de temps	3 heures
	2. Synchronisation dans un OS multitâches Région critique, opérations atomiques et conditions de course Verrouillage et inter-blocage Sémaphores, mutexes et spinlocks Sémaphores et spinlocks « lecteur / écrivain »	3 heures
	3. Introduction aux pilotes d’interfaces Notions de pilote et types de pilote Un pilote simple – le « char driver » Structures de données importantes Déclaration d’un pilote.	3 heures
	4. Notions plus avancées de pilote Le IOCTL Les I/O bloquants Recenser et sélectionner un matériel Notification asynchrone	3 heures
	5. Communication avec le matériel Les ports I/O et les ports mémoire L’utilisation de ports I/O et de ports mémoire	3 heures
	6. Le traitement des interruptions Installation d’un gestionnaire d’interruption, activation/désactivation d’interruptions Implémentation d’un gestionnaire d’interruption La moitié haute et la moitié basse d’un gestionnaire d’interruption Le partage d’interruption Les I/O pilotés par interruption	3 heures
	7. Le pilote PCI et le pilote USB L’interface PCI et les autres buses d’un PC Les buses SBus, NuBus et externes Les bases des appareils USB Le pilote USB et Sysfs, les USB Urbs Écrire un pilote USB et les transferts USB sans Urbs	3 heures
	8. Les techniques de déverminage d’un pilote Le support de déverminage du noyau Déverminage par impression, par interrogation et par observation Déverminage des fautes du système Les outils de déverminage.	3 heures
	9. Introduction au matériel Le matériel (processeur / mémoires / périphériques) L’architecture des processeurs et le processeur Y86 Notions générales de pipeline Le pipeline du processeur Y86.	3 heures
	10. Optimisation des performances d’un programme Capacités et limitations d’optimisation des compilateurs Mesurer et exprimer les performances d’un programme Méthodes et techniques d’optimisation Identification et élimination des goulets de performance	6 heures
	11. Hiérarchies de mémoire Les technologies de stockage de données Le principe de localité et les hiérarchies de mémoire La mémoire cache Écrire un programme « gentil » pour la mémoire cache Impact de la mémoire cache sur les performances d’un programme Exploiter la localité dans un programme.	6 heures
	Total	39

Laboratoires et travaux pratiques

Date	Description	Heures
	Le laboratoire consiste à développer un pilote USB pour une petite caméra Web mobile ainsi qu’un programme qui utilise ce pilote pour communiquer avec la caméra. Dans un premier temps, il s’agit de configurer et de compiler le noyau Linux qui sera utilisé sur le système. Ensuite, le cœur du pilote USB sera conçu, auquel s’ajoutera des fonctionnalités de plus haut niveau et qui seront fournies. Finalement, l’application sera développée pour utiliser ce pilote. Cette application sera entièrement optimisée tant au niveau du code que de son utilisation du matériel (processeur, mémoire, etc.).	24 heures
	Total	24

Utilisation d'outils d'ingénierie

QuickCam® Orbit™ MP de Logitech

Évaluation

Activité	Description	%	Date de remise
	Examen mi-session	30 %	27 octobre 2023
	Examen final	30 %
	Projet	40 %

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	27 octobre 2023

Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

5 % par jour de retard

Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Documentation obligatoire

Documentation recommandée:

Corbet, J., Rubini, A., Kroah-Hartman, G., Linux Device Drivers, 3rd Edition, O’Reilly Media, 2005.

Ouvrages de références

Bryant, R.E., O’Hallaron, D.R., Computer Systems – A Programmer’s Perspective, Prentice Hall, 2003.
Love, R., Linux Kernel Development, 2nd Edition, Novell Press, 2005.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site du cours: https://cours.etsmtl.ca/ele784/