Con este temario se pretende iniciar al alumno en el diseño y análisis de los sistemas digitales, así como aprender la arquitectura y el funcionamiento elemental de un computador, comprendiendo cuáles son sus partes básicas.
La asignatura se estructura en cuatro partes. En la primera parte se estudia el álgebra de Boole con el fin de comprender la representación binaria de la información. En la segunda parte se presentan los sistemas combinacionales y la aritmética binaria utilizados para la implementación de los dispositivos digitales más elementales. En la tercera parte se estudia cómo se puede memorizar la información en un sistema digital y se realiza una introducción a los sistemas secuenciales básicos. En la cuarta y última parte se estudian los sistemas secuenciales utilizados para la implementación de las unidades de control de los ordenadores y de los sistemas digitales complejos en general.
Profesores Titulares
Profesores Docentes
Ninguno
Al superar la asignatura de Introducción a los Ordenadores, los alumnos adquieren los conocimientos y desarrollan las habilidades que se indican a continuación:
- Conocer el ámbito digital y 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 y la evaluación de la respuesta de los distintos elementos, señales y componentes. (a)
- Diseñar y utilizar sistemas, componentes, procesos o experimentos para alcanzar los requisitos establecidos, así como analizar e interpretar los resultados obtenidos. (b+c)
- Identificar, formular y resolver problemas de base tecnológica que requieran un sistema digital para obtener una solución en un entorno multidisciplinar, de manera individual o como miembro de un equipo. (d+e)
- Utilizar técnicas y nuevas herramientas de diseño de sistemas, ya sea como proceso de trabajo o como metodología que debe tenerse en cuenta para desarrollar un sistema desde su concepción hasta su puesta en funcionamiento. Las herramientas más utilizadas son las de simulación de sistemas. (k)
Parte I. Álgebra de Boole
1. Sistemas de representación numérica (4 sesiones)
1.1 Sistemas numéricos
1.2 Códigos binarios
1.3 Representación de números con signo
1.4 Representación en Ca2
2. Álgebra booleana y puertas lógicas (5 sesiones)
2.1 Álgebra booleana
2.2 Funciones booleanas
2.3 Tablas de verdad
2.4 Operaciones booleanas
2.5 Formas canónicas
2.6 Teoremas booleanos
2.7 Diseño e implementación de sistemas con puertas lógicas
2.8 Lenguaje VHDL. Ejemplos
2.9 Descripción de sistemas con puertas lógicas mediante VHDL
3. Circuitos lógicos combinacionales (10 sesiones)
3.1 Simplificación de funciones mediante mapas de Karnaugh
3.2 Funciones incompletas
3.3 Ejercicios de diseño
Parte II. Sistemas combinacionales
4. Bloques funcionales combinacionales (9 sesiones)
4.1 Características de las señales de entrada y salida de los bloques funcionales
4.2 Codificadores
4.3 Decodificadores
4.4 Multiplexores
4.5 Comparadores
4.6 Aplicaciones con bloques funcionales
5. Aritmética binaria (8 sesiones)
5.1 Suma aritmética en binario natural
5.2 Resta aritmética en binario natural
5.3 Producto aritmético en binario natural
5.4 Operaciones aritméticas en binario natural
5.5 Ejemplos y ejercicios de diseño con operaciones aritméticas en binario natural
5.6 Aritmética en Ca2
5.7 Ejemplos y ejercicios de diseño con operaciones aritméticas con signo
5.8 Aritmética en VHDL
Parte III. Elementos de memoria elemental y registros
6. Elementos de memorización, registros y contadores (19 sesiones)
6.1 Introducción a los elementos de memoria. Clasificación de los sistemas secuenciales
6.2 Biestables R-S, D y D con entradas R-S asíncronas
6.3 Biestables en VHDL
6.4 Los registros y sus características
6.5 Registros EP/SP
6.6 Registros con desplazamiento en serie: ES/SS, ES/SP y EP/SS
6.7 Registros comerciales
6.8 Diseño de las señales de control en registros
6.9 Problemas de diseño con registros
6.10 Registros en VHDL
6.11 Introducción a los contadores
6.12 Diseño de contadores síncronos
6.13 Ampliación de la capacidad de conteo
6.14 Contadores en VHDL
7. Introducción a los sistemas secuenciales (5 sesiones)
7.1 Introducción a los sistemas secuenciales
7.2 Definición de máquinas de estados
7.3 Diseño de máquinas de estados
7.4 Implementación de máquinas de estados
7.5 Máquinas de estados en VHDL
Parte IV. Sistemas secuenciales síncronos
8. Sistemas secuenciales I (8 sesiones)
8.1 Diseño de sistemas secuenciales síncronos con hardware adicional
9. Memorias (6 sesiones)
9.1 Tipos de memorias
9.2 Memorias de acceso aleatorio: RAM y ROM
9.3 Memorias de acceso secuencial: LIFO y FIFO
9.4 Memorias de acceso por contenido: CAM
9.5 Ejercicios
10. Sistemas secuenciales II (8 sesiones)
10.1 Diseño de sistemas secuenciales síncronos con memorias
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 profundidad del conocimiento (Depth of Knowledge, DoK):
- Recordar: teoría de la asignatura
- Habilidad/concepto: simular individualmente nuestros diseños
- Pensamiento estratégico: diseñar esquemas de circuitos según unos requisitos
- 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 basadas en metodologías activas, así como un elevado número de ejercicios de evaluación continua que el alumno debe ir resolviendo de forma individual o cooperando con sus compañeros o con el equipo docente de la asignatura. Los contenidos adquiridos en las clases presenciales se refuerzan mediante la realización de prácticas en grupo, que se van entregando a lo largo del 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 necesarios a lo largo del curso (manuales, propuestas de ejercicios, enunciados de exámenes, contenidos de apoyo, etc.).
EVALUACIÓN DE LA TEORÍA
La evaluación de la teoría se organiza en cuatro cuartos, dos en cada semestre. En cada cuarto se tendrán en cuenta los ejercicios de evaluación continua y el examen final del cuarto.
Cualquier actividad evaluable que no se entregue, que se entregue fuera del plazo establecido o que no cumpla las condiciones de entrega indicadas recibirá una calificación de 0.
a. EVALUACIÓN CONTINUA
La evaluación continua consta fundamentalmente de ejercicios en clase: periódicamente, el alumno deberá entregar ejercicios realizados en el aula. De estos ejercicios se obtendrá una nota, que será la nota de ejercicios de evaluación continua.
Los ejercicios de evaluación continua no son recuperables.
La nota de evaluación continua de cada tema (EAC_Tj) se calculará realizando la media aritmética de todos los ejercicios del tema correspondiente. Los ejercicios no entregados también formarán parte de la media con una calificación de 0.
La nota de evaluación continua de cada cuarto se calculará mediante las siguientes ponderaciones:
- 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. EXÁMENES DE FINAL DE CUARTO
Cada cuarto incluirá un examen final (EF_Qi) que englobará todo el temario impartido durante el mismo, en las siguientes convocatorias:
- EF_Q1: convocatoria de Midterms de octubre, correspondiente a los temas 1, 2 y 3.
- EF_Q2: convocatoria ordinaria de diciembre, correspondiente a los temas 4 y 5.
- EF_Q3: convocatoria de Midterms de marzo, correspondiente a los temas 6 y 7.
- EF_Q4: convocatoria ordinaria de junio, correspondiente a los temas 8, 9 y 10.
Los cuatro exámenes se podrán recuperar en la convocatoria extraordinaria en las condiciones que se explican más adelante.
c. NOTA DE CUARTO
La nota de cada cuarto (Qi) se calculará de la siguiente manera:
Qi = MAX(EF_Qi; 0,70 · EF_Qi + 0,30 · EAC_Qi)
NOTA FINAL DE TEORÍA
La nota final de teoría se calculará mediante la media ponderada de los cuatro cuartos:
TEOFINAL = 0,15 · Q1 + 0,25 · Q2 + 0,25 · Q3 + 0,35 · Q4
Si esta nota TEOFINAL es >= 5, la teoría estará aprobada para el curso actual.
CONVOCATORIA EXTRAORDINARIA
Si la calificación TEOFINAL es inferior a 5, el estudiante deberá presentarse a la convocatoria extraordinaria.
El estudiante podrá escoger a qué exámenes de final de cuarto (EF_Qi) se presenta con el objetivo de mejorar la calificación final de teoría. Después de la convocatoria extraordinaria, la nota TEOFINAL se volverá a calcular utilizando la misma fórmula.
Entregar un examen de final de cuarto en la convocatoria extraordinaria supone la renuncia a cualquier nota previa de dicho examen final de cuarto.
Las notas de evaluación continua de cada cuarto se conservan para los cálculos de las calificaciones de la convocatoria extraordinaria.
EVALUACIÓN DE LAS PRÁCTICAS
A lo largo del curso se realizarán diversas prácticas que deberán ser implementadas por los alumnos, ya sea con componentes discretos sobre placa perforada o sobre el kit DE10-Lite.
La nota final de prácticas (PRACTFINAL) se obtendrá de la media ponderada de las calificaciones de las prácticas en función de su complejidad, de acuerdo con la Normativa de Prácticas publicada en eStudy.
Si esta nota PRACTFINAL es >= 5, las prácticas estarán aprobadas para el curso actual.
NOTA FINAL DE LA ASIGNATURA
Para aprobar la asignatura es necesario aprobar la teoría y las prácticas por separado. La nota final de la asignatura se calculará de la siguiente manera:
• Si TEOFINAL >=5 y PRACTFINAL >= 5, la nota final de la asignatura será:
NOTA_FINAL = TEOFINAL · 0,7 + PRACTFINAL · 0,3
• Si PRACTFINAL < 5 o Si TEOFINAL < 5, la nota final de la asignatura será:
NOTA_FINAL = MIN(4; TEOFINAL)
Consideraciones
- Una actividad no entregada, entregada fuera de plazo, en blanco, a través de un canal no autorizado, con un archivo incorrecto, corrupto, inaccesible o que no permita verificar el contenido recibirá un 0 a efectos de cálculo. El estudiante es responsable de comprobar que la entrega se ha completado y que el archivo correcto se puede abrir.
- Las calificaciones solo tienen validez para el curso actual. En ningún caso las notas de teoría o de prácticas de cursos anteriores se conservarán para cursos posteriores.
- Todas las prácticas deberán ajustarse a las especificaciones y requisitos del enunciado, así como a la Normativa de Prácticas publicada en eStudy.
- Las copias totales o parciales en cualquier actividad evaluable se penalizarán de acuerdo con lo establecido en la normativa académica, tanto al original como a la copia, sin excepción. La clasificación de las actividades de evaluación es la siguiente:
-Ejercicios de evaluación continua: Actividad moderadamente significativa
-Exámenes finales de cada cuarto de Teoría: Actividad altamente significativa
-Prácticas: Actividad altamente significativa - Cualquier interacción por correo electrónico con el personal asociado a la asignatura —profesores de teoría, prácticas, monitores, etc.— deberá realizarse estrictamente desde la dirección de correo de la escuela (@students.salle.url.edu). No se responderá a ninguna dirección de correo ajena a la escuela.
- Uso de herramientas de IA: de acuerdo con la escala AIAS, las actividades evaluables de la asignatura se enmarcan en el nivel 1. No se permite el uso de herramientas de inteligencia artificial para elaborar, resolver, corregir, reformular o completar ninguna actividad evaluable. El estudiante deberá llevar a cabo estas actividades de manera autónoma y demostrar en ellas sus propios conocimientos y habilidades.
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 Ordenadores. 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