Fundamentos de Tecnología de Computadores (F.T.C.)

Transcripción

1 eman ta zabal zazu Universidad del País Vasco Facultad de Informática Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Fundamentos de Tecnología de Computadores (F.T.C.) Programa del curso Profesores: Carlos Amuchastegui (grupo 01, castellano), Txelo Ruiz (grupo 31, euskara) 6 créditos = 4 T + 2 P Descripción. En esta asignatura se abordan de forma introductoria los fundamentos tecnológicos de los materiales y dispositivos utilizados en los computadores actuales (en resumen, del hardware), teniendo en cuenta el nivel de iniciación del alumnado. Se presentan los fenómenos físicos subyacentes a la tecnología actual utilizada en la construcción de los ordenadores, y se definen las magnitudes que los controlan, enfatizando los conceptos básicos y presentando una descripción cualitativa de los mismos, concentrándonos en los conceptos, más que en el formalismo matemático, yendo a lo esencial. Se estudian las leyes clásicas fundamentales que rigen los fenómenos eléctricos y magnéticos, y también se hace una breve introducción a la física moderna básica necesaria para comprender los últimos avances en dispositivos foto-electrónicos, juntamente con las aplicaciones que aparecen en los computadores. Todo ello permitirá tener una noción aproximada de las limitaciones actuales de los dispositivos informáticos así como una somera visión de los retos que habrá que afrontar en el futuro y los nuevos dispositivos y aplicaciones que puedan aparecer. Así, estudiaremos los conceptos básicos de electricidad, las magnitudes eléctricas fundamentales, los materiales semiconductores, sus características y los dispositivos semiconductores más habituales, para poder abordar el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos, para lo que presentaremos los modelos ideales de los distintos elementos y sus parámetros correspondientes, y también estudiaremos el funcionamiento y las aplicaciones de circuitos básicos ampliamente utilizados, tanto analógicos como digitales. Veremos también los conceptos básicos del magnetismo y la fotónica, y su aplicación en los dispositivos informáticos. Se trata, en resumen, de asimilar los conocimientos básicos necesarios para poder abordar con éxito las diferentes materias que conforman el área de Arquitectura y Tecnología de Computadores, facilitando su posterior comprensión. Objetivos. Comprender los conceptos subyacentes a los dispositivos y componentes eléctricos y electrónicos, para poder realizar el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos, en particular de circuitos de corriente continua, principalmente en régimen permanente, aunque también se estudia el régimen transitorio y los conceptos básicos de los circuitos de corriente alterna. Comprender los fundamentos del electromagnetismo y de la fotónica, y su aplicación en el terreno de la informática.

2 Una vez superada la asignatura, el alumno/a deberá haber adquirido determinadas competencias específicas de la materia, es decir, deberá ser capaz de: 1. Comprender y dominar los fundamentos físicos y tecnológicos de la informática (electricidad, teoría de circuitos, electrónica, electromagnetismo, ondas y fotónica) y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. 2. Comprender los principios básicos de la electricidad en relación con su utilización en sistemas informáticos. 3. Analizar con precisión y rapidez circuitos eléctricos básicos, tanto en corriente continua como en alterna. 4. Comprender los principios básicos de la electrónica en relación con su utilización en sistemas informáticos. 5. Analizar con precisión y rapidez circuitos electrónicos básicos con diodos y. 6. Comprender los principios básicos del electromagnetismo, las ondas y la fotónica, en relación con su utilización en sistemas informáticos. 7. Manejar con relativa soltura la instrumentación básica típica de un laboratorio de electrónica (multímetro, osciloscopio, fuentes de alimentación, generadores de señal). 8. Montar en el laboratorio prototipos de circuitos eléctricos y electrónicos y contrastar su funcionamiento real con respecto al funcionamiento teórico esperado. 9. Manejar con relativa soltura programas informáticos con aplicación en ingeniería, en particular, simuladores de circuitos. Además, se trabajan también determinadas competencias básicas y generales de las que se contemplan en el perfil de la titulación, específicamente dentro del área de Arquitectura y Tecnología de Computadores: 1. Adquirir los conocimientos de las materias básicas y tecnologías que les capaciten para el aprendizaje y desarrollo de nuevos métodos y tecnologías, así como los que les doten de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. 2. Desarrollar aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. 3. Desarrollar la capacidad para resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, autonomía y creatividad. 4. Desarrollar la capacidad para saber comunicar y transmitir los conocimientos, habilidades y destrezas adquiridas, en particular mejorar la capacidad de expresión por escrito en el ámbito de la ingeniería informática. 5. Adquirir los conocimientos básicos necesarios para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes y otros trabajos análogos relacionados con las tecnologías utilizadas en los sistemas informáticos. 6. Adquirir y comprender conocimientos básicos procedentes de la vanguardia de las tecnologías utilizadas en sistemas informáticos y su previsible evolución en un futuro a medio plazo. 7. Desarrollar la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (dentro del área de las tecnologías informáticas) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética. Finalmente, como competencias transversales, se trabajan: 1. Capacidad de análisis y síntesis. 2. Capacidad de organización y planificación. 3. Resolución de problemas. 4. Trabajo en grupo. 5. Razonamiento crítico. 6. Adaptación a nuevas situaciones.

3 Metodología docente. Se potenciará el uso de metodologías activas, tanto en las sesiones presenciales como en las no presenciales. Todas las actividades a realizar por los alumnos y alumnas, tanto en horario presencial como en no presencial, se verán reflejadas en la evaluación en la medida oportuna. El mayor peso de la metodología docente en las sesiones presenciales recaerá en las clases magistrales, con técnicas básicamente expositivas por parte del profesor o profesora, lo cual no será óbice para potenciar la participación activa por parte del alumnado, mediante la realización de preguntas que requieran respuestas no excesivamente extensas, con el objetivo de asegurarse del seguimiento de la materia por parte del alumnado. Este tipo de sesiones corresponderán en su mayor parte a los 4 créditos teóricos de la asignatura, suponiendo 40 horas presenciales. A estas horas presenciales se les adjudica un equivalente de otras 40 horas no presenciales, en las que el alumno o alumna deberá proceder al estudio autónomo, bien individualmente, bien en grupo, de la materia impartida. Entre las actividades a realizar en el horario no presencial, a los alumnos y alumnas se les exigirá que realicen un breve trabajo de investigación basado en la búsqueda de información sobre temas de actualidad relacionados con la materia impartida, cuya conclusión será la redacción de un breve informe, haciéndose hincapié en la calidad de la expresión escrita. Por otra parte, los 2 créditos prácticos se dividen en dos modalidades de actividad: prácticas de aula, en las que básicamente se realizan ejercicios de aplicación de los conceptos expuestos en las clases magistrales; y prácticas de laboratorio, en las que se trabajarán por parejas los aspectos más prácticos de aplicación de los conceptos impartidos. Tanto en una modalidad como en la otra, la participación activa del alumnado es fundamental para la consecución de las competencias y objetivos buscados. Por ello, el profesor o profesora fomentará dicha participación, en las prácticas de aula dando tiempo suficiente a los alumnos y alumnas para que trabajen los ejercicios y después algunos de ellos los expongan ante los demás; en las prácticas de laboratorio, permitiendo la interacción entre las parejas. La atención en estas clases prácticas será más personalizada y cercana al alumnado y se potenciará el aprendizaje cooperativo frente al individual. La distribución de horas asignadas a estas dos modalidades de trabajo queda así: Prácticas de aula: horas presenciales 14; horas no presenciales: 44, ya que el peso de los ejercicios en la evaluación es importante, por lo que exige una alta dedicación de su parte. De hecho, se fomentará la participación activa del alumnado durante el desarrollo de la asignatura mediante la asignación de varios ejercicios para que los realicen de manera autónoma en las horas no presenciales, lo que podrán hacer tanto individual como colectivamente, ya que el objetivo es afianzar los conocimientos teóricos adquiridos y aumentar la destreza en la utilización de estrategias de resolución de problemas de diferentes niveles de dificultad. Posteriormente, en las horas presenciales se realizará una recogida selectiva y aleatoria de dichos ejercicios: se recogerán sólo algunos de ellos, no todos, y no se les recogerán a todos los alumnos y alumnas, sino únicamente a un subconjunto seleccionado aleatoriamente. Eso sí, para que la puntuación total asignada a este ítem de evaluación sea equilibrada, el profesor o profesora se deberá asegurar de que, al finalizar el periodo de evaluación continua, a todos los alumnos y alumnas se les haya recogido la misma cantidad de ejercicios, con niveles de dificultad similares. Además, como contraste de que la realización de dichos ejercicios conduce individualmente a los resultados deseados de aprendizaje, el profesor o profesora, sin previo aviso, en las sesiones presenciales podrá realizar breves exámenes (entre 10 y 15 minutos) que versen precisamente sobre los ejercicios concretos que se han trabajado en cada momento. Prácticas de laboratorio: horas presenciales 6; horas no presenciales: 6. Las horas no presenciales serán básicamente dedicadas a la realización de tareas previas para la correcta preparación de las prácticas y a la redacción del informe final una vez realizada la sesión de laboratorio.

4 Finalmente, desde el principio del curso el profesor o profesora recalcará reiterativamente la importancia de las horas de tutoría para atención al alumnado, de manera que se animen a acercarse al profesor para resolver sus dudas tan pronto como se generen. No obstante, la asistencia a las horas de tutoría se deja al libre albedrío del alumnado, con el objetivo de potenciar un mayor grado de autonomía y responsabilidad en la realización de sus tareas. Evaluación. De cara a la primera convocatoria, de enero de 2011, habrá dos opciones de evaluación: evaluación tradicional de conjunto mediante la realización de un examen final en enero, o bien evaluación continua durante el curso, de septiembre a diciembre. La elección de una modalidad u otra es decisión personal de cada alumna/o, con la salvedad de que la opción de evaluación continua únicamente se puede elegir al principio de curso, ya que exige la asistencia a las actividades presenciales y la realización de todos los ítems que supone la evaluación. Quienes deseen realizar la evaluación continua le deberán comunicar al profesor o profesora dicha elección en el plazo fijado, mediante la ficha de inscripción que se les proporcionará; en caso contrario, se sobreentiende que se ha elegido la otra opción. Durante las diez primeras semanas del curso, los alumnos/as tendrán la posibilidad de ir viendo su evolución en la modalidad de evaluación continua y, en caso de considerarla no satisfactoria, pueden renunciar a ella, pasando entonces a la opción de evaluación tradicional. A mediados de noviembre, el profesor o profesora solicitará la confirmación de la opción de evaluación continua mediante la firma, por parte de los alumnos y alumnas, de un documento de compromiso, y a partir de ese momento ya será irreversible, renunciando el alumno o alumna que confirme su opción de evaluación continua a la opción de evaluación tradicional. He aquí información más concreta: 1. Evaluación tradicional mediante un examen final. Se realizará por medio de un examen global, a realizar el 19 de enero de 2011 (miércoles), de una duración aproximada de 3 h, que recogerá ponderadamente todos los aspectos trabajados en la asignatura. Su valor será el 100% de la calificación de la asignatura. A esta opción se podrán acoger todos/as los/as alumnos/as que no confirmen su participación en la evaluación continua, tanto quienes lo deseen inicialmente, como quienes se vayan descolgando durante las primeras semanas del modo de evaluación continua. 2. Evaluación continua. (Sólo válida para la convocatoria de enero. En junio, todos/as hacen examen final) Se realizará teniendo en cuenta el trabajo realizado a lo largo del 1 er cuatrimestre, medido de diferentes maneras, siendo todas las actividades que se exponen a continuación obligatorias para poder superar la asignatura en esta modalidad de evaluación: a) Dos exámenes parciales escritos sobre los siguientes temas: 1º) análisis de circuitos eléctricos; 2º) régimen transitorio, electrónica y análisis de circuitos electrónicos. En ambos se plantearán tanto cuestiones teóricas como ejercicios, pero el peso de éstos será decisivo de cara a la calificación final. Estos exámenes valdrán, respectivamente, un 20% y un 50% de la nota final. Las fechas de realización de estos exámenes parciales serán dentro de las semanas de horario compacto previstas para las actividades de evaluación continua; concretamente: 1º) la semana 5, el 7 de octubre (jueves), siendo la duración de 1 hora; 2º) la semana 12, el 26 de noviembre (viernes), siendo la duración de 2 horas.

5 b) Prácticas de laboratorio. Se realizarán dos prácticas de laboratorio, ambas de tres horas de duración. La primera de ellas se realizará en la semana 5, en el día asignado a la asignatura para las actividades de evaluación continua, el 7 de octubre (jueves). En esta práctica se trabajará el montaje de circuitos eléctricos sencillos, para aprender el manejo de los instrumentos típicos de un laboratorio de electrónica (multímetro, osciloscopio, fuentes de alimentación, generadores de señal). La segunda práctica consistirá en el manejo del software PSpice para simulación de circuitos eléctricos y electrónicos. Se realizará en la semana 12, en el día asignado a la asignatura para las actividades de evaluación continua, el 26 de noviembre (viernes). Previamente a la realización de cada una de las prácticas, en las semanas anteriores los alumnos y alumnas habrán tenido que ir realizando trabajos de preparación de las mismas, que deberán entregar al profesor o profesora. Una vez realizada la práctica, además, deberán realizar un breve informe sobre el trabajo realizado en el laboratorio, que también deberán entregar. Estas prácticas supondrán, cada una de ellas, un 5% de la nota final, y se evaluarán teniendo en cuenta tanto el trabajo previo de preparación realizado por los/as alumnos/as como la labor desarrollada en el laboratorio y el informe realizado una vez finalizadas. c) Recogida selectiva y aleatoria de ejercicios en cualquier momento de la asignatura. El compendio de todos los ejercicios recogidos y los exámenes sorpresa realizados supondrá un 10% de la nota final. d) Breve trabajo de investigación acerca de algún tema de actualidad relacionado con la tecnología y los principios físicos de los sistemas de cómputo, cuyo resultado será la redacción de un breve informe, en el que principalmente se valorará en la calidad de la expresión escrita. Este trabajo lo podrán realizar individualmente o en grupos de 2 alumnos/as. Este trabajo vale un 10% de la nota final. Al principio del curso, el profesor o profesora propondrá una lista de temas sobre los que podrán versar estos trabajos, y los alumnos tendrán tiempo de realizarlos durante el transcurso del periodo lectivo, debiéndolos entregar durante la semana 16 (del 21 al 23 de diciembre). 2ª convocatoria: Examen para todos/as los/as alumnos/as: 24-junio-2011 (viernes). Temario: 1. Electrostática: carga eléctrica; ley de Coulomb; campo eléctrico; energía potencial electrostática; potencial electrostático. 2. Electrocinética: corriente eléctrica; intensidad y densidad de corriente; diferencia de potencial; potencia eléctrica. 3. Introducción a los circuitos: definición de circuito; clasificación de los circuitos según tipología: analógicos/digitales, concentrados/distribuidos, circuitos de corriente continua o de corriente alterna; régimen de funcionamiento de los circuitos: régimen permanente / régimen transitorio. 4. Componentes típicos de los circuitos eléctricos: resistencias; condensadores; bobinas; generadores de tensión y de corriente, independientes y dependientes; interruptores; conmutadores. 5. Leyes fundamentales de los circuitos y sus aplicaciones: Leyes de Kirchhoff; asociaciones en serie y en paralelo de elementos; divisores de tensión y de corriente; principios de funcionamiento de los medidores eléctricos, voltímetro y amperímetro. 6. Métodos de análisis de los circuitos: método de las corrientes de malla; principio de superposición; teoremas de Thévenin y de Norton; teorema de la máxima transferencia de potencia.

6 7. Régimen transitorio: circuito RC; procesos de carga y descarga; constante de tiempo del circuito; máxima frecuencia de conmutación. 8. Introducción a la electrónica de estado sólido: teoría de bandas de energía; materiales semiconductores; semiconductores intrínsecos y extrínsecos; la unión PN; características físicas de los dispositivos semiconductores: el diodo, el transistor bipolar y los de efecto de campo (JFET y MOS). 9. Estudio y aplicación de los diodos semiconductores: tipos de diodos: rectificador, LED, Zener; aproximaciones lineales; resolución de circuitos con diodos; estudio del rectificador en base a diodos. 10. Estudio y aplicación de los bipolares y de efecto de campo: aproximaciones lineales; resolución de circuitos con ; estudio del inversor. 11. Introducción al análisis de circuitos digitales con componentes semiconductores: circuitos integrados; niveles de integración; familias lógicas. 12. Introducción a los circuitos de corriente alterna: corriente alterna sinusoidal; cálculo de valores medios y eficaces; concepto de impedancia. 13. Magnetismo: campo magnético; materiales magnéticos; ferromagnetismo; aplicaciones. 14. Ondas electromagnéticas: ecuaciones de Maxwell; ondas planas; antenas; el espectro electromagnético. 15. Fotónica: aplicaciones ópticas en sistemas informáticos. Libro de texto: Análisis básico de circuitos eléctricos y electrónicos Pearson Prentice Hall, 2004 Ruiz, Arbelaitz, Etxeberria, Ibarra SIG.: ANA Bibliografía: 1. Análisis básico de circuitos en ingeniería Irwin SIG.: IRW 2. Análisis de circuitos en ingeniería Hayt & Kemmerly SIG.: HAY 3. Introducción al análisis de circuitos Scott SIG.: SCO 4. Circuitos eléctricos Nilsson SIG.: NIL 5. Basic electronics Bernard Grob SIG.: GRO 6. Principios de electrónica Malvino SIG.: MAL 7. Microelectronic Circuits Sedra & Smith SIG.: SED 8. Electrónica Analógica Cuesta, Gil Padilla & Remiro SIG.:621.38CUE 9. Circuitos electrónicos Schilling & Belove SIG.: CIR 8. Física para la ciencia y la tecnología (5ª ed), vol. 2 Tipler & Mosca SIG.: A-53 TIP 9. Física universitaria con física moderna, vol. 2 Young & Freedman SIG.: A-53 FIS 10. Física para ciencias e ingeniería con física moderna, 2. alea Giancoli SIG.: A-53 GIA 11. Fundamentos físicos y tecnológicos de la informática Gómez, Nieto SIG.: FUN 12. Fundamentos físicos de la informática y las comunicaciones Montoto SIG.: 53 MON 13. Introducción a los fundamentos físicos de la informática Criado & Frutos SIG.: 53 CRI

7 Algunas direcciones de Internet interesantes: All about circuits: Electronic teaching assistant: ActivPhysics: Building a transistor: Electricity and magnetism tutorials: Magnet lab: Información sobre los profesores Despachos: Txelo Ruiz: 276 Carlos Amuchastegui: 206 Correo electrónico: txelo.ruiz@ehu.es carlos.amuchastegui@ehu.es Página web: Horario de tutorías en el 1º cuatrimestre: lunes martes miércoles jueves viernes Carlos Amuchastegui 9:15-12:15 11:00-13:00 9:30-10:30 Txelo Ruiz 15:00-16:00 14:00-16:00 12:30-13:30 14:00-16:00

8 Calendario previsto: planificación del curso Profesor: Carlos Amuchastegui Grupo: 01 lunes 12:30-14:00 miércoles 9:00-10:30 viernes 10:45-12:15 12:30-14:00 7 septiembre: martes 8 septiembre: tema 1 10 septiembre: tema 2 presentación general electrostática 10:45-12:15 electrocinética 13 septiembre: tema 3 15 septiembre: tema 4 17 septiembre: tema 5 introducción circuitos elementos circuitos leyes circuitos 20 septiembre: tema 5 22 septiembre: tema 6 24 septiembre: tema 6 aplicaciones leyes métodos métodos 27 septiembre: tema 6 29 septiembre: tema 6 1 octubre: tema 6 métodos 4 octubre: semana horario compacto 11 octubre: Puente Pilar 13 octubre: tema 7 régimen transistorio 18 octubre: tema 7 20 octubre: tema 8 régimen transistorio introducción electrónica 25 octubre: tema 9 27 octubre: tema 9 diodos diodos 1 noviembre: FIESTA 3 noviembre: tema 10 8 noviembre: tema noviembre: tema noviembre: tema noviembre: tema 11 digitales 22 noviembre: semana horario compacto métodos métodos 6 octubre: 7 octubre: jueves 9:00-10:00 1º examen parcial 10:30-13:30 1ª práctica laboratorio (P1) 14:30-17:30 1ª práctica laboratorio (P2) 15 octubre: tema 7 régimen transistorio 22 octubre: tema 9 diodos 29 octubre: tema 9 diodos 5 noviembre: tema noviembre: tema noviembre: tema 11 digitales 24 noviembre: 26 noviembre: 9:00-11:00 2º examen parcial 11:15-14:00 2 ª práctica laboratorio 29 noviembre: tema 12 1 diciembre: tema 12 3 diciembre: tema 13 corriente alterna corriente alterna magnetismo 6 diciembre: FIESTA 8 diciembre: FIESTA 9 diciembre: (osteguna) 12:30-14:00 tema diciembre: tema 14 ondas electromagnéticas 15 diciembre: tema 14 ondas electromagnéticas 17 diciembre: tema 15 fotónica diciembre: Entrega de trabajos