Curs 2015-16

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, Marc Morenza, Marta Guardiola, Oualid Benkarim

Idioma:

Català

Horari:
Campus: Campus de la Comunicació - Poblenou

 

Presentació de l'assignatura

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.

 

 

Prerequisits

En tractar-se d’una assignatura de primer curs, no es demanen uns coneixements previs més enllà dels adquirits al batxillerat.

 

Competències

Competències transversalsCompetències específiques

Instrumentals

1. Capacitat d’anàlisi i síntesi

2. Resolució de problemes

3. Raonament lògic

4. Organització del temps i
planificació

Sistèmiques

5. Capacitat per aplicar el coneixement teòric a la pràctica

1. Coneixement dels principis bàsics de
l’electrònica digital

2. Coneixement del sistema de numeració
binari, i com s’usa per a representar números
naturals, enters i reals.

3. Operacions de suma i resta i detecció de
sobreeiximent amb números en binari

4. Coneixement de l’àlgebra de Boole i la
seva aplicació al disseny de sistemes lògics

5. Simplificació de funcions lògiques
mitjançant mapes de Veitch-Karnaugh

6. Disseny de sistemes lògics combinacionals

7. Ús de blocs funcionals combinacionals per
a dissenyar sistemes més complexos

8. Coneixement dels dispositius biestables

9. Disseny de sistemes lògics seqüencials

10. Ús de blocs funcionals seqüencials per a
dissenyar sistemes més complexos

11. Coneixement del model de Von
Neumann per a computadors i les
característiques principals dels seus elements

12. Comprensió del funcionament d’un
processador simple

13. Escriptura de programes senzills en
llenguatge assemblador

14. Realització de petites modificacions a
l’arquitectura del processador simple

15. Comprensió del pas d’alt nivell a baix
nivell i les eines relacionades com el mapa
de memòria i la taula de símbols

16. Utilització d’un simulador per a veure el
funcionament del processador

 

Avaluació

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'avaluacióPesRecuperable
Proves escrites

Parcial 1r trimestre
Parcial 2n 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

 

Continguts

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

ConceptesProcedimentsActituds

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

ConceptesProcedimentsActituds

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

ConceptesProcedimentsActituds

1. Diagrames de Veitch-Karnaugh

2. Blocs funcionals: codificadors,
decodificadors, multiplexors, demultiplexors

3. Blocs aritmètics: sumadors, comparadors

1. Minimització de funcions lògiques amb els diagrames de V-K

2. Anàlisi del comportament de sistemes combinacionals

3. Disseny de sistemes combinacionals simples

1. Claredat i pulcritud en la realització de les pràctiques

Bloc de contingut 4. - Anàlisi i síntesi de sistemes lògics seqüencials

ConceptesProcedimentsActituds

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

ConceptesProcedimentsActituds

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

ConceptesProcedimentsActituds

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

 

 

Metodologia

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 contingutsGrup granLaboratoriSeminari

 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'aulaActivitats fora de l'aulaAvaluació
TemesGrup granLaboratoriSeminariPreparació de pràctiquesEstudi personal i realització de problemesExamen

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

 

Recursos

Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia bàsica (suport paper i electrònic)

• ANGULO USATEGUI, José María: 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