Amb aquest temari, es pretén iniciar a l’alumne en el disseny i anàlisi dels sistemes digitals. Aprendre l’arquitectura i el funcionament elemental d’un computador tot entenent quines són les seves parts bàsiques.
L’assignatura s’estructura en quatre parts. En la primera part s’estudia l’àlgebra de Boole per tal d’entendre la representació binària de la informació. En la segona part es donen a conèixer els sistemes combinatoris i l’aritmètica binària que s’utilitzen per la implementació dels dispositius digitals més elementals. En la tercera part s’estudia com es pot memoritzar la informació en un sistema digital i una introducció als sistemes seqüencials bàsics. En la quarta i última part s’estudien els sistemes seqüencials que s’utilitzen per la implementació de les unitats de control dels ordinadors i sistemes digitals complexes en general.
Professors Titulars
Professors Docents
Cap
En superar l’assignatura d’Introducció als ordinadors els alumnes adquireixen els coneixements i desenvolupen les habilitats que s´indiquen a continuació:
- Tenir els coneixements de tot el mon digital i dels seus components així com la forma de dissenyar sistemes digitals a partir de l´enunciat d´un problema en termes reals, per a la pràctica de connexió de sistemes, avaluació de la resposta dels diferents elements, senyals i components. (a)
- Dissenyar i utilitzar sistemes, components, processos o experiments per aconseguir els requisits establerts i analitzar i interpretar els resultats obtinguts. (b+c)
- Identificar, formular i resoldre problemes de base tecnològica que requereixin un sistema digital per obtenir una solució en un entorn multidisciplinari de manera individual o com a membre d´un equip. (d+e)
- Utilitzar les tècniques i noves eines de disseny de sistemes, ja sigui com un procés de treball o metodologia a tenir en compte per fer un sistema des del seu inici fins que comença a funcionar. Les eines més utilitzades són les de simulació de sistemes. (k)
Part I. Àlgebra de Boole
1. Sistemes de representació numèrica (4 sessions)
1.1 Sistemes numèrics
1.2 Codis binaris
1.3 Representació de nombres amb signe
1.4 Representació en Ca2
2. Àlgebra booleana i portes lògiques (5 sessions)
2.1 Àlgebra booleana
2.2 Funcions booleanes
2.3 Taules de Veritat
2.4 Operacions booleanes
2.5 Formes canòniques
2.6 Teoremes booleans
2.7 Disseny i implementació de sistemes amb portes lògiques
2.8 Llenguatge VHDL. Exemples
2.9 Descripció de sistemes amb portes lògiques mitjançant VHDL
3. Circuits lògics combinatoris (10 sessions)
3.1 Simplificació de funcions per mapes de Karnaugh
3.2 Funcions incompletes
3.3 Exercicis de disseny
Part II. Sistemes combinatoris
4. Blocs funcionals combinatoris (9 sessions)
4.1 Característiques dels senyals d’entrada i sortida dels blocs funcionals
4.2 Codificadors
4.3 Descodificadors
4.4 Multiplexors
4.5 Comparadors
4.6 Aplicacions amb blocs funcionals
5. Aritmètica binària (8 sessions)
5.1 Suma aritmètica en binari natural
5.2 Resta aritmètica en binari natural
5.3 Producte aritmètic en binari natural
5.4 Operacions aritmètiques en binari natural
5.5 Exemples i exercicis de disseny amb operacions aritmètiques en binari natural
5.6 Aritmètica en Ca2
5.7 Exemples i exercicis de disseny amb operacions aritmètiques amb signe
5.8 Aritmètica en VHDL
Part III. Elements de memòria elemental i registres
6. Elements de memorització, registres i comptadors (19 sessions)
6.1 Introducció als elements de memòria. Classificació dels sistemes seqüencials
6.2 Biestables R-S, D i D amb entrades R-S asíncrones
6.3 Biestables en VHDL
6.4 Els registres i les seves característiques
6.5 Registres EP/SP
6.6 Registres amb desplaçament sèrie: ES/SS, ES/SP i EP/SS
6.7 Registres comercials
6.8 Disseny dels senyals de control en registres
6.9 Problemes de disseny amb registres
6.10 Registres en VHDL
6.11 Introducció als comptadors
6.12 Disseny de comptadors síncrons
6.13 Ampliació de la capacitat de comptatge
6.14 Comptadors en VHDL
7. Introducció als sistemes seqüencials (5 sessions)
7.1 Introducció als sistemes seqüencials
7.2 Definició de màquines d’estats
7.3 Disseny de màquines d’estats
7.4 Implementació de màquines d’estats
7.5 Màquines d’estats en VHDL
Part IV. Sistemes seqüencials síncrons
8. Sistemes seqüencials I (8 sessions)
8.1 Disseny de sistemes seqüencials síncrons amb maquinari addicional
9. Memòries (6 sessions)
9.1 Tipus de memòries
9.2 Memòries d’accés aleatori: RAM i ROM
9.3 Memòries d’accés seqüencial: LIFO i FIFO
9.4 Memòries d’accés per contingut: CAM
9.5 Exercicis
10. Sistemes seqüencials II (8 sessions)
10.1 Disseny de sistemes seqüencials síncrons amb memòries
L’assignatura estructura el seu aprenentatge des del punt de vista pedagògic, en quatre nivells, mirant d’alinear-se amb la teoria del Dr. Norman Webb sobre els quatre nivells de la profunditat del coneixement (Depth of Knowledge DoK):
- Recordar: teoria de l’assignatura
- Habilitat/concepte: simular individualment els nostres dissenys
- Pensament estratègic: dissenyar esquemes de circuits segons uns requeriments
- Pensament ampliat: pràctica individual d’integració dels conceptes apresos
La metodologia utilitzada a l’assignatura d’Introducció als Ordinadors combina les classes magistrals amb les classes amb metodologies actives, així com un nombre elevat d’exercicis d’avaluació continuada que l’alumne ha d’anar resolent sol o cooperant amb els companys o l’equip docent de l’assignatura. Els continguts adquirits en les classes presencials es reforcen amb la realització de pràctiques en grups, que es van entregant durant el curs.
En aquesta assignatura s’utilitza la plataforma eStudy com a mitjà de comunicació entre l’alumne i el professor. En aquesta plataforma es van publicant els materials que es van necessitant al llarg del curs (manuals, propostes d´exercicis, enunciats d´exàmens, continguts de suport, etc.).
AVALUACIÓ DE LA TEORIA
L’avaluació de la teoria s’organitza en quatre quarts, dos a cada semestre. En cada quart es tindran en compte els exercicis d’avaluació continuada i l'examen final del quart.
Qualsevol activitat avaluable que no es lliuri, que es lliuri fora del termini establert o que no compleixi les condicions de lliurament indicades rebrà una qualificació de 0.
a. AVALUACIÓ CONTINUADA
L’avaluació continuada consta fonamentalment d’exercicis a classe: periòdicament, l’alumne haurà d’entregar exercicis realitzats a l’aula. D’aquests exercicis s’obtindrà una nota que serà la nota d’exercicis d’avaluació continuada.
Els exercicis d’avaluació continuada no són recuperables.
La nota d’avaluació continuada de cada tema (EAC_Tj), es calcularà fent la mitjana aritmètica de tots els exercicis del tema corresponent. Els exercicis no lliurats també formaran part de la mitjana amb una qualificació de 0.
La nota d’avaluació continuada de cada quart es calcularà mitjançant les ponderacions següents:
- EAC_Q1 = 20% EAC_T1 + 40% EAC_T2 + 40% EAC_T3
- EAC_Q2 = 50% EAC_T4 + 50% EAC_T5
- EAC_Q3 = 70% EAC_T6 + 30% EAC_T7
- EAC_Q4 = 40% EAC_T8 + 30% EAC_T9 + 30% EAC_T10
b. EXÀMENS DE FINAL DE QUART
Cada quart inclourà un examen final (EF_Qi) que englobarà tot el temari impartit al llarg del mateix, en aquestes convocatòries:
- EF_Q1: convocatòria de Midterms d’octubre, corresponent als temes 1, 2 i 3.
- EF_Q2: convocatòria ordinària de desembre, corresponent als temes 4 i 5.
- EF_Q3: convocatòria de Midterms de març, corresponent als temes 6 i 7.
- EF_Q4: convocatòria ordinària de juny, corresponent als temes 8, 9 i 10.
Els quatre exàmens es podran recuperar en la convocatòria extraordinària en les condicions que s’expliquen més endavant.
c. NOTA DE QUART
La nota de cada quart (Qi) es calcularà de la manera següent:
Qi = MAX(EF_Qi; 0,70 · EF_Qi + 0,30 · EAC_Qi)
NOTA FINAL DE TEORIA
La nota final de teoria es calcularà mitjançant la mitjana ponderada dels quatre quarts:
TEOFINAL = 0,15 · Q1 + 0,25 · Q2 + 0,25 · Q3 + 0,35 · Q4
Si aquesta nota TEOFINAL és >= 5, la teoria està aprovada pel curs actual
CONVOCATÒRIA EXTRAORDINÀRIA
Si la qualificació TEOFINAL és inferior a 5, l’estudiant haurà de presentar-se a la convocatòria extraordinària.
L’estudiant podrà escollir a quins exàmens de final de quart (EF_Qi) es presenta amb l’objectiu de millorar la qualificació final de teoria. Després de la convocatòria extraordinària, la notaTEOFINAL es tornarà a calcular utilitzant la mateixa fórmula.
Lliurar un examen de final de quart a la convocatòria extraordinària suposa la renúncia a qualsevol nota prèvia d’aquell examen final de quart.
Les notes d’avaluació continuada de cada quart es conserven pels càlculs de les qualificacions de la convocatòria extraordinària.
AVALUACIÓ DE LES PRÀCTIQUES
Al llarg del curs es realitzaran diverses pràctiques que hauran de ser implementades pels alumnes, ja sigui amb components discrets sobre placa de forats o sobre el kit DE10-Lite.
La nota final de pràctiques (PRACTFINAL ) s’obtindrà de la mitja ponderada de les qualificacions de les pràctiques en funció de la seva complexitat, d’acord a la Normativa de Pràctiques publicada a l’eStudy.
Si aquesta nota PRACTFINAL >= 5, les pràctiques estan aprovades pel curs actual.
NOTA FINAL DE L'ASSIGNATURA
Per aprovar l’assignatura cal aprovar la teoria i les pràctiques per separat. La nota final de l’assignatura es calcularà de la següent manera:
• Si TEOFINAL >=5 i PRACTFINAL >= 5, la nota final de l’assignatura serà:
NOTA_FINAL = TEOFINAL · 0,7 + PRACTFINAL · 0,3
• Si PRACTFINAL < 5 o Si TEOFINAL < 5 la nota final de l’assignatura serà:
NOTA_FINAL = MIN(4; TEOFINAL)
Consideracions
- Una activitat no lliurada, lliurada fora de termini, en blanc, en un canal no autoritzat, amb un fitxer incorrecte, corrupte, inaccessible o que no permeti verificar el contingut rep un 0 a efectes de càlcul. L’estudiant és responsable de comprovar que el lliurament s’ha completat i que el fitxer correcte es pot obrir.
- Les qualificacions només tenen validesa pel curs actual. En cap cas les notes de teoria o de pràctiques de cursos anteriors es guarden per cursos posteriors.
- Totes les pràctiques s’han d’ajustar a les especificacions i requeriments de l’enunciat així com a la Normativa de Pràctiques publicada a l’eStudy.
- Les còpies totals o parcials en qualsevol activitat avaluable, es penalitzaran amb el què està establert a la normativa acadèmica, tant a la font com a la còpia sense excepció. La classificació de les activitats d'avaluació és la següent:
- Exercicis d’avaluació continuada: Activitat moderadament significativa
- Exàmens finals quart de Teoria: Activitat altament significativa
- Pràctiques: Activitat altament significativa
- Qualsevol interacció via correu electrònic amb el personal associat a l’assignatura (professors de teoria, pràctiques, monitors, etc.) s’ha de fer estrictament des de l’adreça de correu de l’escola (@students.salle.url.edu). No es respondrà a cap adreça de correu aliena a l’escola.
- Utilització eines de IA: d’acord amb l’escala AIAS, les activitats avaluables de l’assignatura s’emmarquen en el nivell 1. No es permet l’ús d’eines d’intel·ligència artificial per elaborar, resoldre, corregir, reformular o completar cap activitat avaluable. L’estudiant ha de dur a terme aquestes activitats de manera autònoma i demostrar-hi els seus propis coneixements i habilitats.
Es valorarà:
CA.1 Els coneixements bàsics de tecnologia digital i dels seus components així com la forma de dissenyar sistemes digitals.
CA.2 El disseny i ús de sistemes, components, processos o experiments per aconseguir els requisits establerts i analitzar i interpretar els resultats obtinguts.
CA.3 La identificació, formulació i resolució de problemes de base tecnològica que requereixen un sistema digital.
CA.4 L'ús de les tècniques i eines de disseny de sistemes per desenvolupament des del seu inici fins que comencin a funcionar.
CA.5 Els coneixements en l’ús d’eines de simulació de sistemes digitals.
CA.6 La comprensió de l’arquitectura d’un ordinador personal i el coneixement i saber utilitzar-lo en un entorn de projectes d’enginyeria.
CA.7 El saber dissenyar circuits electrònics digitals combinacionals i seqüencials, incloent la programació mitjançant llenguatges de descripció de hardware.
Professors d'IO (2024) Apunts d'Introducció als Ordinadors. Enginyeria La Salle - Universitat Ramon Llull
Angulo, J. M. (1991) Electrónica Digital Moderna. Teoría y Práctica. 12ª Edición Corregida y Ampliada. Madrid. Editorial Paraninfo S.A.
Enoch O. Hwang, (2005). Digital Logic and Microprocessor Design With VHDL. CL Engineering
Palaniappan, R. (2011). Digital systems design. Bookboon
Roth Jr, C. H., & Kinney, L. L. (2013). Fundamentals of logic design. Nelson Education