Curs 2013-14
Lògica Digital i Computadors
| Titulació: | Codi: | Tipus: |
| Grau en Enginyeria Informàtica | 21407 | Obligatòria 1r curs |
| Grau en Enginyeria Telemàtica | 21298 | Obligatòria 1r curs |
| Grau en Enginyeria en Sistemes Audiovisuals | 21596 | Obligatòria 1r curs |
| Crèdits ECTS: | 6 | Dedicació: | 150 hores | Trimestre: | 2n i 3r |
| Departament: | Dept. de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions |
| Coordinador: | Enric Peig |
| Professorat: | Enric Peig, Montserrat Fernández, Anna Carreras, Marc Morenza, Jonathan Ferrer, Marta Guardiola, Alberto Camacho |
| Idioma: | Català |
| Horari: | |
| Campus: | Campus de la Comunicació - Poblenou |
Lògica Digital i Computadors pretén mostrar els principis de les tecnologies emprades en el desenvolupament de les arquitectures dels computadors. L’objectiu principal de l’assignatura és que l’alumne adquireixi un bon nivell de coneixement del funcionament dels computadors, a nivell de maquinari.
La primera part de l’assignatura presenta els principis de funcionament dels sistemes digitals en general. S’estudien els sistemes binaris de representació de la informació, els principis de l’àlgebra de Boole i les tècniques d’anàlisi i disseny de sistemes lògics combinacionals.
A la segona part, es presenten els sistemes lògics seqüencials, els seus elements bàsics, i es planteja una metodologia per a analitzar-los i sintetitzar-los. A continuació, s’explica el model arquitectònic de Von Neumann, en el que estan basats la gran part de sistemes informàtics. Aquest model subdivideix un computador en tres subsistemes: processador, memòria i entrada/sortida. En aquesta assignatura s’introdueix a l’alumne en el funcionament del processador, a través de l’estudi d’un processador simple. Es deixa per a l’assignatura d’Arquitectura de Computadors l’estudi d’un processador real i dels subsistemes de memòria i entrada/sortida.
L’assignatura té una càrrega considerable de nous conceptes per a l’alumne de primer curs, però que s’aniran adquirint progressivament a través de la realització d’exercicis i de pràctiques al laboratori, de manera que la memorització necessària és mínima. Per tant, es pot dir que cal parar tanta o més atenció als procediments com als conceptes nous.
En tractar-se d’una assignatura de primer curs, no es demanen uns coneixements previs més enllà dels adquirits al batxillerat.
| Competències transversals | Competències específiques |
|---|---|
|
Instrumentals 1. Capacitat d’anàlisi i síntesi 2. Resolució de problemes 3. Raonament lògic 4. Organització del temps i Sistèmiques 5. Capacitat per aplicar el coneixement teòric a la pràctica |
1. Coneixement dels principis bàsics de 2. Coneixement del sistema de numeració 3. Operacions de suma i resta i detecció de 4. Coneixement de l’àlgebra de Boole i la 5. Simplificació de funcions lògiques 6. Disseny de sistemes lògics combinacionals 7. Ús de blocs funcionals combinacionals per 8. Coneixement dels dispositius biestables 9. Disseny de sistemes lògics seqüencials 10. Ús de blocs funcionals seqüencials per a 11. Coneixement del model de Von 12. Comprensió del funcionament d’un 13. Escriptura de programes senzills en 14. Realització de petites modificacions a 15. Comprensió del pas d’alt nivell a baix 16. Utilització d’un simulador per a veure el |
Criteris generals d’avaluació
Per superar l’assignatura cal demostrar que s’han assolit amb un nivell suficient les 5 competències generals i les 16 competències específiques detallades a l’apartat 4 d’aquest pla docent.
Aquest assoliment es podrà demostrar en les 7 pràctiques de laboratori que es realitzaran al llarg del curs, i en les 2 proves escrites que es faran al final del primer i del segon trimestre de l’assignatura.
Pràctiques:
Les pràctiques seran revisades i puntuades pels professors durant les sessions de laboratori, i la puntuació només serà igual o superior a 5 si s’han fet de forma profitosa. Les pràctiques es realitzaran en grups de 3 alumnes. Cada pràctica inclourà un estudi previ que ha de ser lliurat al principi de la sessió per poder participar a la classe de laboratori.
En el cas que un grup no hagi pogut lliurar alguna de les pràctiques, l’avaluació es realitzarà en una entrevista personal amb el professor de laboratori, que cal concertar en hores de tutoria abans del període d’exàmens del trimestre corresponent. Per poder optar a l’entrevista s’ha d’haver realitzat en el seu moment alguna de les pràctiques. No s’admetrà a l’entrevista recuperar la totalitat de les pràctiques.
Per poder superar l’assignatura s’ha de treure un mínim de 5 a cada una de les pràctiques. Les pràctiques no es poden recuperar al juliol.
Proves escrites:
Al final dels dos trimestres es farà una prova escrita parcial, amb exercicis relacionats amb les competències que s’hauran treballat durant el trimestre. Per obtenir un 5 a les proves, cal demostrar l’assoliment mínim de cada una de les competències treballades.
Per poder superar l’assignatura cal treure un mínim de 5 als dos parcials. Els dos parcials es poden recuperar al juliol.
Productes escrits:
En les sessions de seminari es proposaran i recolliran una sèrie d’exercicis que, de la mateixa manera que les pràctiques, tenen caràcter d’avaluació continuada. L’objectiu principal és que l’alumne pugui ser conscient del nivell d’assoliment de les competències.
Aquests exercicis són opcionals (no calen per superar l’assignatura) i no són recuperables. Només tenen sentit en el moment que es recullen, durant la sessió de seminari.
Nota Final:
La nota final de l’assignatura serà la suma d’un 60% de la mitjana dels dos parcials, un 30% de la mitjana de les notes de pràctiques i un 10% de la nota dels exercicis de seminari.
En cap cas es guarda cap nota d’un curs a un altre.
| Element d'avaluació | Pes | Recuperable | |
|---|---|---|---|
| Proves escrites |
Parcial 1r trimestre Cal treure un 5 en cada un dels parcials |
60% |
Recuperable (Juliol) |
| Proves d'execució |
Pràctiques Cal treure un 5 en cada una de les 7 pràctiques |
30% |
No Recuperable |
| Proves de validació d'execució |
De forma excepcional, es podrà recuperar alguna de les 7 pràctiques amb una entrevista |
|
Nomes hi haurà una oportunitat d'entrevista |
| Productes escrits |
Exercicis recollits a les sessions de seminari |
10% |
No recuperable |
Blocs de contingut
1. Representació binària de la informació
2. Àlgebra de Boole i portes lògiques
3. Anàlisi i síntesi de sistemes lògics combinacionals
4. Anàlisi i síntesi de sistemes lògics seqüencials
5. El model de Von Neumann per a computadors
6. El subsistema processador
Organització i concreció dels continguts
Bloc de contingut 1. -Representació binària de la informació
| Conceptes | Procediments | Actituds |
|---|---|---|
|
1. Sistemes de numeració binari i hexadecimal 2. Sistema binari pur i codis arbitraris 3. Representació en complement per a números enters 4. Representació de números reals |
1. Canvis de base entre base 10, 2 i 16 2. Operacions aritmètiques bàsiques en binari, en els diferents formats de representació 3. Construcció de codis binaris arbitraris |
|
Bloc de contingut 2. -Àlgebra de Boole i portes lògiques
| Conceptes | Procediments | Actituds |
|---|---|---|
|
1. Taules de veritat 2. Portes lògiques 3. Postulats i teoremes de l'Algebra de Boole 4. Formes normals d'una funcio booleana |
1. Simplificació de funcions booleanes amb mètodes algebraics 2. Implementació de funcions booleanes amb portes lògiques |
|
Bloc de contingut 3. -Anàlisi i síntesi de sistemes lògics combinacionals
| Conceptes | Procediments | Actituds |
|---|---|---|
|
1. Diagrames de Veitch-Karnaugh 2. Blocs funcionals: codificadors, 3. Blocs aritmètics: sumadors, comparadors |
1. Minimització de funcions lògiques amb els diagrames de V-K 2. Anàlisi del comportament de sistemes combinacionals |
1. Claredat i pulcritud en la realització de les pràctiques |
Bloc de contingut 4. - Anàlisi i síntesi de sistemes lògics seqüencials
| Conceptes | Procediments | Actituds |
|---|---|---|
|
1. Biestables RS, JK, D i T. Comportament i taules d’excitació 2. Sincronia per nivell i per flanc 3. Blocs funcionals: registres i comptadors 4. Diagrames d’estats per a modelar el comportament dels sistemes seqüencials |
1. Anàlisi del comportament de sistemes seqüencials: cronogrames 2. Disseny de sistemes seqüencials simples 3. Metodologies de Moore i de Mealy per a sistemes seqüencials |
|
Bloc de contingut 5. - El model de Von Neumann per a computadors
| Conceptes | Procediments | Actituds |
|---|---|---|
|
1. El model de Von Neumann 2. Subsistemes processador, memòria, entrada/sortida 3. Estructura jeràrquica dels computadors: els nivells principals |
|
|
Bloc de contingut 6. - El subsistema processador
| Conceptes | Procediments | Actituds |
|---|---|---|
|
1. Unitat de procés i unitat de control 2. Llenguatge assemblador 3. Eines per a la realització de programes en llenguatge màquina |
1. Escriptura de programes senzills en llenguatge assemblador 2. Pas de codi d’alt nivell a baixnivell 3. Anàlisi del funcionament d’un processador 4. Petites modificacions a l’arquitectura d’un processador |
1. Claredat i pulcritud en la realització de les pràctiques |
Objectius d'aprenentatge
En aquesta assignatura es pretén que els alumnes siguin capaços d’analitzar el funcionament dels sistemes lògics combinacionals i seqüencials, així com dissenyar sistemes simples, ja sigui seguint procediments formals o amb mètodes més intuïtius i creatius. Tot això ha de permetre als alumnes entendre les bases de funcionament dels computadors, i com aquests són capaços d’executar el codi que se’ls subministra a través dels programes.
Per poder realitzar aquests processos d’anàlisi i disseny de sistemes lògics, és imprescindible dominar els mètodes de representació binària dels números i els principis de l’àlgebra de Boole, que és la que permet modelar matemàticament el funcionament dels sistemes lògics.
Un altre gran objectiu és que coneguin els principis de funcionament dels ordinadors i com aquests són capaços d’executar el codi que se’ls subministra a través dels programes. Això implica per un cantó ampliar el coneixement sobre els sistemes lògics introduïts a la primera part, amb els sistemes seqüencials, i per un altre presentar el model arquitectònic que segueixen els ordinadors, el qual permet disseccionar les tasques que realitza l’ordinador per blocs funcionals.
Aquest coneixement del funcionament dels ordinadors s’assoleix tant des del punt de vista de l’anàlisi com des de la síntesi. Si els alumnes són capaços de dissenyar nous circuits o de modificar els que s’analitzen, el grau d’assoliment és molt més satisfactori.
Enfocament metodològic de l’assignatura
A les sessions de teoria, totes en grup gran, s’introduiran els conceptes teòrics bàsics i es mostraran els procediments adequats per a la resolució dels problemes. A les sessions de seminari es discutiran els problemes que els alumnes prèviament hauran treballat, i es resoldran els dubtes que puguin sorgir. A les sessions de laboratori es realitzaran pràctiques amb un programari que permet dissenyar circuits lògics i comprovar-ne el funcionament. L’objectiu és doble: per un cantó han de servir per entendre i consolidar els conceptes teòrics i per l’altre serveixen com indicadors d’avaluació de l’assoliment de les competències relacionades amb el disseny de sistemes lògics.
Organització temporal: sessions, activitats d’aprenentatge i temps estimat de dedicació
Les sessions presencials a l’aula s’organitzen així:
| Bloc de continguts | Grup gran | Laboratori | Seminari |
|---|---|---|---|
|
Introducció |
T1 |
|
|
|
1. Representació binària de la informació |
T1 |
S1 |
|
|
2. Àlgebra de Boole i portes lògiques |
T2 |
|
S1 |
|
3. Anàlisi i síntesi de sistemes lògics combinacionals |
T3 T4 T5 T6 T7 |
P1 P2 P3 |
S2 S3 |
|
4. Anàlisi i síntesi de sistemes lògics seqüencials |
T8 T9 T10 |
P4 P5 |
S4 |
|
5. El model de Von Neumann per a computadors |
T10 |
||
|
6. El subsistema processador |
T11 T12 T13 |
P6 P7 |
S5 S6 |
Els lliuraments previstos seran a les set sessions de laboratori i a les sis sessions de seminari.
El treball fora de l’aula consistirà bàsicament en la resolució de problemes proposats i la preparació de les pràctiques i la realització d’estudis previs.
| Activitats a l'aula | Activitats fora de l'aula | Avaluació | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Temes | Grup gran | Laboratori | Seminari | Preparació de pràctiques | Estudi personal i realització de problemes | Examen | |
|
Introducció |
1 |
|
|
|
|
||
|
1. Representació binària de la informació |
1 |
|
1 |
|
3 |
|
|
|
2. Àlgebra de Boole i portes lògiques |
2 |
1 |
3 |
||||
| 3. Anàlisi i síntesis de sistemes lògics combinacionals | |||||||
| Diagrames de Veitch-Karnaugh | 4 | 2 | 2 | 10 | |||
| Blocs funcionals | 5 | 4 | 2 | 6 | 14 | ||
|
4. Anàlisi i síntesi de sistemes lògics seqüencials |
5 |
4 |
2 |
6 |
16 |
|
|
|
5. El model de Von Neumann per a computadors |
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
6. El subsistema processador |
7 |
4 |
4 |
6 |
25 |
||
| Avaluació | 4 | 4 | |||||
|
Total: |
26 |
14 |
12 |
18 |
76 |
4 |
Total: 150 |
Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia bàsica (suport paper i electrònic)
• ANGULO, J.M.: Sistemas digitales y tecnología de computadores. Ed. Thompson, 2002
• LLORIS, A.; PRIETO, A.: Diseño lógico. Ed. McGraw-Hill, 1996.
• HERMIDA, R.: Fundamentos de computadores. Madrid: Síntesis, 1998.
Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia complementària (suport paper i electrònic)
• GAJSKI, D. D.: Principios de diseño digital. Ed. Prentice-Hall, 1997.
Recursos didàctics. Material docent de l’assignatura
• Col·lecció de problemes
• Apunts per a l'examen