Curso 2010-11

Lógica Digital y Computadores (21596)

Titulación/estudio: Grado en Ingeniería en Informática / Grado en Ingeniería Telemática / Grado en Ingeniería en Sistemas Audiovisuales
Curso: primero
Trimestre: segundo y tercero
Número de créditos ECTS: 6 créditos
Horas de dedicación del estudiante: 150 horas
Lengua o lenguas de la docencia: catalán, castellano
Profesor: Enric Peig

 

1. Presentación de la asignatura

Lógica Digital y Computadores pretende mostrar los principios de les tecnologías que se utilizan en desarrollo de las arquitecturas de los computadores. El objetivo principal de la asignatura es que el alumnado adquiera un buen nivel de conocimiento respecto al funcionamiento de los computadores a nivel del hardware. 

La primera parte de la asignatura presenta los principios de funcionamiento de los sistemas digitales en general. Se estudian los sistemas binarios de representación de la información, los principios del álgebra de Boole y las técnicas de análisis y diseño de sistemas lógicos combinacionales. 

En la segunda parte, se presentan los sistemas lógicos secuenciales y sus elementos básicos, y se plantea una metodología para analizarlos y sintetizarlos. A continuación, se explica el modelo arquitectónico de Von Neumann, en el que se basan la mayoría de sistemas informáticos. Este modelo divide los computadores en tres subsistemas: procesador, memoria y entrada/salida. En esta asignatura se introduce el funcionamiento del procesador a través del estudio de un procesador simple. Dejamos para la asignatura de Arquitectura de Computadores el estudio de un procesador real y de los subsistemas de memoria y entrada/salida. 

La asignatura supone una carga considerable de conceptos nuevos que el alumnado debe asumir, aunque se van adquiriendo progresivamente a través de la realización de ejercicios y prácticas en el laboratorio. Así pues, la memorización necesaria es mínima. Por lo tanto, se debe de prestar tanta o más atención a los procedimientos como a los conceptos nuevos.

 

2. Competencias que se deben lograr

Competencias generales

Competencias específicas

Instrumentales 1. Capacidad de análisis y síntesis 2. Resolución de problemas 3. Razonamiento lógico 4. Organización del tiempo y planificación  Sistémicas 5. Capacidad para aplicar el conocimiento teórico a la práctica

1. Conocimiento de los principios básicos de electrónica digital 2. Conocimiento del sistema de numeración binario, y cómo se usa para representar números naturales, enteros y reales. 3. Operaciones de suma y resta y detección de desbordamiento con números en binario 4. Conocimiento del álgebra de Boole y su aplicación al diseño de sistemas lógicos 5. Simplificación de funciones lógicas mediante mapas de Veitch-Karnaugh 6. Diseño de sistemas lógicos combinacionales 7. Uso de bloques funcionales combinacionales para diseñar sistemas más complejos 8. Conocimiento de los dispositivos biestables 9. Diseño de sistemas lógicos secuenciales 10. Uso de bloques funcionales secuenciales para diseñar sistemas más complejos 11. Conocimiento del modelo de Von Neumann para computadores y las características principales de sus elementos 12. Comprensión del funcionamiento de un procesador simple 13. Escritura de programas sencillos en lenguaje ensamblador 14. Realización de pequeñas modificaciones en la arquitectura del procesador simple 15. Comprensión del paso de alto nivel a bajo nivel y las herramientas relacionadas como el mapa de memoria y la tabla de símbolos 16. Utilización de un simulador para ver el funcionamiento del procesador

 

3. Objetivos del aprendizaje

En esta asignatura se pretende que los alumnos sean capaces de analizar el funcionamiento de los sistemas lógicos combinacionales y secuenciales, así como de diseñar sistemas simples, ya sea siguiendo procedimientos formales o con métodos más intuitivos y creativos. Todo ello debe permitir a los alumnos entender las bases de funcionamiento de los computadores, y cómo éstos son capaces de ejecutar el código subministrado a través de los programas. 

Para poder realizar estos procesos de análisis y diseño de sistemas lógicos, es imprescindible dominar los métodos de representación binaria de los números y los principios del álgebra de Boole, que es la que permite modelar matemáticamente el funcionamiento de los sistemas lógicos. 

Otro gran objetivo de la asignatura es que los alumnos conozcan los principios de funcionamiento de los ordenadores y cómo éstos son capaces de ejecutar el código subministrado a través de los programas. Esto implica, por un lado, ampliar el conocimiento sobre los sistemas lógicos introducido en la primera parte con los sistemas secuenciales. Por otro lado, implica también presentar el modelo arquitectónico que siguen los ordenadores, que permite diseccionar las tareas que realiza por bloques funcionales. 

Este conocimiento del funcionamiento de los ordenadores se obtiene tanto desde el punto de vista del análisis como del de la síntesis. Si los alumnos son capaces de diseñar circuitos nuevos o de modificar los circuitos que se analizan, el grado de adquisición es mucho más satisfactorio.

 

4. Contenidos

4.1.  Bloques de contendido

1. Representación binaria de la información
2. Álgebra de Boole y puertas lógicas
3. Análisis y síntesis de sistemas lógicos combinacionales
4. Análisis y síntesis de sistemas lógicos secuenciales
5. El modelo de Von Neumann para computadores
6. El subsistema procesador 

4.2.   Organización y concreción de los contenidos

Bloque de contenido 1. - Representación binaria de la información 

Conceptos	Procedimientos	Actitudes
1. Sistemas de numeración binario y hexadecimal 2. Sistema binario puro y códigos arbitrarios 3. Representación en complemento para números enteros 4. Representación de números reales	1. Cambios de base entre base 10, 2 y 16 2. Operaciones aritméticas básicas en binario, en los diferentes formatos de representación 3. Construcción de códigos binarios arbitrarios

Bloque de contenido 2. - Álgebra de Boole y puertas lógicas 

Conceptos	Procedimientos	Actitudes
1. Tablas de verdad 2. Puertas lógicas 3. Postulados y teoremas del Álgebra de Boole 4. Formes normales de una función booleana	1. Simplificación de funciones booleanas con métodos algebraicos 2. Implementación de funciones booleanas con puertas lógicas

Bloque de contenido 3. - Análisis y síntesis de sistemas lógicos combinacionales 

Conceptos	Procedimientos	Actitudes
1. Diagramas de Veitch-Karnaugh 2. Bloques funcionales: codificadores, decodificadores, multiplexores, demultiplexores 3. Bloques aritméticos: sumadores, restadores, comparadores	1. Minimización de funciones lógicas con los diagramas de V-K 2. Análisis del comportamiento de sistemas combinacionales 3. Diseño de sistemas combinacionales simples	1. Claridad y pulcritud en la realización de les prácticas

 

5. Evaluación

5.1. Criterios generales de avaluación

Para superar la asignatura es necesario aprobar el examen final de curso y  realizar 7 prácticas de laboratorio. Estas prácticas serán revisadas y puntuadas por los profesores durante les sesiones de laboratorio. La puntuación sólo será igual o superior a 5 si  las prácticas se han realizado de forma provechosa. Las prácticas se realizarán en grupos de 3 alumnos.

En el caso de que un grupo no haya podido entregar alguna de las prácticas, la evaluación se realizará en una entrevista personal con el profesor de laboratorio, que se tiene que concertar en horas de tutoría antes del período de exámenes del trimestre. 

En las sesiones de seminario se propondrán y recogerán una serie de ejercicios que, igual que las prácticas, computan para la evaluación continuada. El objetivo principal de estos ejercicios es que el alumno sea consciente del nivel de adquisición de las diferentes competencias. 

Al final del segundo trimestre se realizará un examen con materia correspondiente al segundo trimestre. Al final del tercer trimestre se realizará un examen que tendrá dos partes diferenciadas: la primera contendrá preguntas relacionadas sólo con los contenidos del segundo trimestre y la tendrán que contestar los alumnos que hayan suspendido el examen del segundo trimestre. La segunda parte será para todos los alumnos y contendrá cuestiones relacionadas con todas las competencias aunque se hará hincapié en las trabajadas durante el tercer trimestre. El examen de la convocatoria de setiembre tendrá la misma estructura que el de la convocatoria de junio. 

Con las dos partes aprobadas, la nota del examen es la media de las dos. 

La nota final de la asignatura será la suma de un 75% de la nota de examen y un 25% de la nota de prácticas. Es imprescindible tener 5 puntos o más en las dos notas parciales para superar la asignatura. 

Si se entregan todos los ejercicios realizados en las sesiones de seminario, se podrá subir la nota final hasta un punto más (siempre en función de la corrección de los ejercicios) siempre que la nota final sea igual o superior a 5. 

Cualquiera de las cuatro notas (examen de la primera parte, examen de la segunda parte, prácticas o ejercicios) se puede guardar hasta la convocatoria de septiembre pero nunca de un curso para otro.

5.2. Concreción por competencias 

Competencias a adquirir en la asignatura	Indicador de adquisición	Procedimiento de evaluación	Temporalización
1. Conocimiento de los principios básicos de la electrónica digital 2. Conocimiento del sistema de numeración binario, y cómo se usa para representar números naturales, enteros y reales. 3. Operaciones de suma y resta y detección de desbordamiento con números en binario 4. Conocimiento del álgebra de Boole y su aplicación al diseño de sistemas lógicos 5. Simplificación de funciones lógicas mediante mapas de Veitch-Karnaugh 8. Conocimiento de los dispositivos biestables	Contestar a las preguntas del examen final correctamente     Resolver los ejercicios propuestos correctamente	Examen con problemas y cuestiones teóricas       Ejercicios	Al final del trimestre       Ejercicios a resolver en las sesiones de seminario
6. Diseño de sistemas lógicos combinacionales 7. Uso de bloques funcionales combinacionales para diseñar sistemas más complejos 9. Diseño de sistemas lógicos combinacionales 10. Uso de bloques funcionales secuenciales para diseñar sistemas más complejos	Contestar a las preguntas del examen final correctamente   Realizar las prácticas satisfactoriamente	Examen con problemas y cuestiones teóricas     Prácticas de laboratorio	Al final del trimestre     Prácticas a realizar en las sesiones de laboratorio

 

6. Bibliografía y recursos didácticos

6.1. Bibliografía básica

- 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.

6.2  Bibliografía complementaria  

- GAJSKI, D. D.: Principios de diseño digital. Ed. Prentice-Hall, 1997.

6.3  Material docente de la asignatura

- Colección de problemas
- Apuntes para el examen 

7. Metodología

7.1.  Enfoque metodológico de la asignatura 

En las sesiones de teoría, siempre en grupo grande, se introducen los conceptos teóricos básicos y se muestran los procedimientos adecuados para la resolución de los problemas. En las sesiones de seminario se discuten los problemas que los alumnos han preparado previamente y se resuelven las dudas que puedan surgir. En las sesiones de laboratorio se realizan prácticas con programas que permiten diseñar circuitos lógicos y comprobar cómo funcionan. El objetivo de estas sesiones es doble: por un lado tienen que servir para que los alumnos entiendan y consoliden los conceptos teóricos y, por otro, como indicadores para evaluar la adquisición de las competencias relacionadas con el diseño de sistemas lógicos. 

El trabajo fuera del aula por parte de los alumnos consiste básicamente en resolver los problemas propuestos y en preparar las prácticas y realizar estudios previos.

7.2.  Organización temporal: sesiones, actividades de aprendizaje y tiempo estimado de dedicación

Les sesiones presenciales en el aula se organizan así:  

Bloque de contenidos	Grupo grande	Laboratorio	Seminario
Introducción 1.  Representación binaria de la información 2.  Álgebra de Boole y puertas lógicas 3.  Análisis y síntesis de sistemas lógicos combinacionales 4.  Análisis y síntesis de sistemas lógicos secuenciales 5.  El modelo de Von Neumann para computadores 6. El subsistema procesador	T1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T10 T11 T12 T13	P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7	S1 S1 S2 S3 S4  S5 S6

Las entregas previstas serán las siete sesiones de laboratorio y las seis sesiones de seminario.

Les horas estimadas de dedicación son:  

	Actividades en el aula			Actividades fuera del aula		Evaluación
	Grupo grande	Laboratorio	Seminario	Preparación de prácticas	Estudio personal y realización de problemas	Examen
Introducción	1
1. Representación binaria de la información	1		1		3
2. Álgebra de Boole y puertas lógicas	2		1		3
3. Análisis y síntesis de sistemas lógicos combinacionales
Diagramas de Veitch-Karnaugh	4	2	2		10
Bloques funcionales	5	4	2	6	14
4. Análisis y síntesis de sistemas lógicos secuenciales	5	4	2	6	16
5. El modelo de Von Neumann para computadores	1				1
6. El subsistema procesador	7	4	4	6	25
Evaluación					4	4
Total	26	14	12	18	76	4

  

                                                                                                                       Total: 150