Con este temario, se pretende iniciar al alumno en el diseño y el análisis de los sistemas digitales. Aprender la arquitectura y el funcionamiento elemental de un computador entendiendo cuáles son sus partes básicas.
A través de la representación binaria de la información, el álgebra de Boole, los sistemas combinatorios, aritméticos, memorizar la información en un sistema digital y una introducción a los sistemas secuenciales, para la implementación de las unidades de control de los ordenadores y sistemas digitales complejos en general, constituyendo una base fundacional para materias posteriores en el ámbito de arquitectura de computadores dentro del plan de estudios.
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La asignatura tiene como objetivo proporcionar al estudiante una base sólida en los cimientos del álgebra lineal, desarrollando la capacidad de comprender y utilizar estructuras lógicas aplicadas a la resolución de problemas.
Entre los conocimientos y habilidades que adquieren tenemos:
- 1. Adquirir los conocimientos de todo el mundo digital y de sus componentes así como la forma de diseñar sistemas digitales a partir del enunciado de un problema en términos reales, para la práctica de conexión de sistemas, evaluación de la respuesta de los distintos elementos, señales y componentes.
- 2. Diseñar y utilizar sistemas, componentes, procesos o experimentos para conseguir los requisitos establecidos y analizar e interpretar los resultados obtenidos.
- 3. Identificar, formular y resolver problemas de base tecnológica que requieran un sistema digital para obtener una solución en un entorno multidisciplinar de forma individual o como miembro de un equipo.
- 4. Utilizar las técnicas y nuevas herramientas de diseño de sistemas, ya sea como un proceso de trabajo o metodología a tener en cuenta para realizar un sistema desde su inicio hasta que comienza a funcionar. Las herramientas más utilizadas son las de simulación de sistemas.
- Parte I. Álgebra de Boole
- Tema 1. Sistemas de representación numérica (6 sesiones)
- Sistemas numéricos
- Códigos binarios
- Códigos alfanuméricos
- Códigos de detección de errores
- Representación de números con signo
- Representación en Ca2
- Tema 2. Álgebra booleana y puertas lógicas (7 sesiones)
- Álgebra booleana
- Funciones booleanas
- Tablas de Verdad
- Operaciones booleanas
- Formas canónicas
- Teoremas booleanos
- Diseño e implementación de sistemas con puertas lógicas
- Lenguaje VHDL. Ejemplos
- Descripción de sistemas con puertas lógicas mediante VHDL
- Tema 3. Circuitos lógicos combinatorios (8 sesiones)
- Simplificación de funciones por mapas de Karnaugh
- Funciones incompletas
- Ejercicios de diseño
- Tema 1. Sistemas de representación numérica (6 sesiones)
- Parte II. Sistemas combinatorios
- Tema 4. Aritmética binaria (7 sesiones)
- Suma aritmética en binario natural
- Resto aritmético en binario natural
- Producto aritmético en binario natural
- Operaciones aritméticas en binario natural
- Ejemplos y ejercicios de diseño con operaciones aritméticas en binario natural
- Aritmética en Ca2
- Ejemplos y ejercicios de diseño con operaciones aritméticas con signo
- Aritmética en VHDL
- Tema 5. Bloques funcionales combinatorios (10 sesiones)
- Características de las señales de entrada y salida de los bloques funcionales
- Codificadores
- Descodificadores
- Multiplexores
- Comparadores
- Aplicaciones con blogs funcionales
- Tema 4. Aritmética binaria (7 sesiones)
- Parte III. Elementos de memoria elemental y registros
- Tema 6. Elementos de memorización, registros y contadores (21 sesiones)
- Introducción a los elementos de memoria. Clasificación de los sistemas secuenciales
- Biestables R-S, D y D con entradas R-S asíncronas
- Biestables en VHDL
- Los registros y sus características
- Registros EP/SP
- Registros con desplazamiento serie: ES/SS, ES/SP y EP/SS
- Registros comerciales
- Diseño de las señales de control en registros
- Problemas de diseño con registros
- Registros en VHDL
- Introducción a los contadores
- Diseño de contadores síncronos
- Ampliación de la capacidad de conteo
- Contadores en VHDL
- Tema 7. Introducción a los sistemas secuenciales (7 sesiones)
- Introducción a los sistemas secuenciales
- Definición de máquinas de estados
- Diseño de máquinas de estados
- Implementación de máquinas de estados
- Máquinas de estados en VHDL
- Tema 6. Elementos de memorización, registros y contadores (21 sesiones)
- Parte IV. Sistemas secuencial síncronos
- Tema 8. Sistemas secuenciales I (6 sesiones)
- Diseño de sistemas secuenciales síncronos con hardware adicional
- Tema 9. Memorias (5 sesiones)
- Tipo de memorias
- Memorias de acceso aleatorio: RAM y ROM
- Memorias de acceso secuencial: LIFO y FIFO
- Memorias de acceso por contenido: CAM
- Ejercicios
- Tema 10. Sistemas secuenciales II (9 sesiones)
- Diseño de sistemas secuenciales síncronos con memorias
- Tema 8. Sistemas secuenciales I (6 sesiones)
La asignatura estructura su aprendizaje desde el punto de vista pedagógico, en cuatro niveles, tratando de alinearse con la teoría del dr. Norman Webb sobre los cuatro niveles de la profundidad del conocimiento (Depth of Knowledge DoK):
1. Recordar: teoría de la asignatura
2. Habilidad/concepto: simular individualmente nuestros diseños
3. Pensamiento estratégico: diseñar esquemas de circuitos según unos requerimientos
4. Pensamiento ampliado: práctica individual de integración de los conceptos aprendidos
La metodología utilizada en la asignatura de Introducción a los ordenadores combina las clases magistrales con las clases con metodologías activas, así como un número elevado de ejercicios de evaluación continua que el alumno debe ir resolviendo solo o de forma cooperativa con los compañeros o el equipo docente de la asignatura. Los contenidos adquiridos en las clases presenciales se refuerzan con la realización de prácticas en grupos que se van entregando durante el curso. En esta asignatura se utiliza la plataforma eStudy como medio de comunicación entre el alumno y el profesor. En esta plataforma se van publicando los materiales que se van necesitando a lo largo del curso (manuales, propuestas de ejercicios, enunciados de exámenes, contenidos de soporte, etc.).
EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
La evaluación de la asignatura se organiza en cuatro cuartos (Qi) y se realiza mediante un sistema que combina la teoría, con evaluación continua (ACQi) complementada con un examen final individual (EFQi) y la práctica (Pi), desarrollada en grupos con entrevista individual.
NOTA FINAL DE LA ASIGNATURA
Sale de 70% TEOFINAL(>=5) + 30% PRACFINAL(>=5)
EVALUACIÓN DE LA TEORÍA
Por cada cuarto (Qi), la evaluación de la teoría se obtiene con ejercicios (EAC) en cada tema dentro de la evaluación continua (ACQi) y los exámenes a final de cuarto (EFQi).
ACQ1 = 0,2 · EACT1 + 0,4 · EACT2 + 0,4 · EACT3; ACQ2 = 0,5 · EACT4 + 0,5 EACT5
ACQ3 = 0,55 · EACT6 + 0,45 · EACT7; ACQ4 = 0,4 · EACT8 + 0,2 · EACT9 + 0,4 · EACT10
TEOQi = MAX(EFQi, 0,7 · EFQi + 0,3 · ACQi)
Si TEOFINAL = 0,2 · TEOQ1 + 0,2 · TEOQ2 + 0,2 · TEOQ3 + 0,4 · TEOQ4 >= 5, la teoría está aprobada por el curso actual.
EVALUACIÓN DE LAS PRÁCTICAS
A lo largo del curso se realizarán cuatro prácticas. La nota final de prácticas (PRACTFINAL ) se obtendrá de la media ponderada de las calificaciones de las prácticas (QPi), de acuerdo a la siguiente fórmula:
Si PRACTFINAL = 0,1 · QP1 + 0,3 · QP2 + 0,2 · QP3 + 0,4 · QP4 >= 5, las prácticas están aprobadas por el curso actual.
RECUPERACIÓN DE JULIO
En caso de no alcanzar la calificación de 5 en TEOFINAL o en PRACFINAL, será necesario recuperarla en la convocatoria extraordinaria de Julio
Se valorará:
CE.1 Los conocimientos básicos de tecnología digital y de sus componentes así como la forma de diseñar sistemas digitales.
CE.2 El diseño y uso de sistemas, componentes, procesos o experimentos para conseguir los requisitos establecidos y analizar e interpretar los resultados obtenidos.
CE.3 La identificación, formulación y resolución de problemas de base tecnológica que requieren un sistema digital.
CE.4 El uso de las técnicas y herramientas de diseño de sistemas por desarrollo desde su inicio hasta que empiecen a funcionar.
CE.5 Los conocimientos en el uso de herramientas de simulación de sistemas digitales.
CE.6 La comprensión de la arquitectura de un ordenador personal y el conocimiento y saber utilizarlo en un entorno de proyectos de ingeniería.
CE.7 El saber diseñar circuitos electrónicos digitales combinacionales y secuenciales, incluyendo la programación mediante lenguajes de descripción de hardware.
Professores de IO (2024) Apuntes de Introducción a los Ordinadors. Enginyeria La Salle - Universidad Ramon Llull
Angulo, J. M. (1991) Electrónica Digital Moderna. Teoría y Práctica. [12ª Edición Corregida y Ampliada]. 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