FUNDAMENTOS DE LOS COMPUTADORES GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA Curso 2016/2017

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1 FUNDAMENTOS DE LOS COMPUTADORES GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA Curso 2016/2017 Profesores Francisca Quintana Domínguez (coordinación teoría y prácticas) Grupos: Teoría 01, Laboratorio 45 y 51 Despacho: Seminario 5 (módulo 3, planta 2) Tlf: Correo electrónico: francisca.quintana@ulpgc.es Tutorías: Martes 11:00-14:00 Miércoles 9:30-10:30 Ricardo Pérez García Grupos: Teoría 02 y 03, Laboratorio 41, 43, 47 y 49 Despacho: 2-12 (módulo 3, planta 2) Tlf: Correo electrónico: ricardo.perez@ulpgc.es Tutorías: Lunes 9:00-10:00 y 16:30-17:30 Martes 16:30-17:30 Miércoles 9:30-12:30 Luis Doreste Blanco Grupos: Laboratorio 44, 46 y 52 Despacho: 1-6 (módulo 3, planta 1) Tlf: Correo electrónico: luis.doreste@ulpgc.es Tutorías: Martes 8:00-9:30 Miércoles 8:00-10:30 Jueves 12:30-14:30 Carlos González Muñoz Grupos: Laboratorio 42, 48 y 50 Despacho: 1-1 (módulo 3, planta 1) Tlf: Correo electrónico: cgonzalez@dis.ulpgc.es Tutorías: Lunes 12:30-15:30 Martes 14:00-15:30 Objetivos de la asignatura Los objetivos de la asignatura son los siguientes: Estudiar el funcionamiento de las puertas lógicas básicas: descripción y utilización de las mismas en entornos de aplicaciones sencillas. Conocer y aplicar las leyes y reglas básicas del Algebra de Boole. Realizar el análisis y diseño de circuitos lógicos combinacionales y secuenciales. Comprender y realizar el diseño de la estructura interna de un computador sencillo y analizar su funcionamiento.

2 Comparar las principales tecnologías de fabricación de los circuitos integrados digitales. Conocer, manejar y aplicar las herramientas de análisis y diseño lógico. Contenidos En la asignatura hemos diferenciado entre contenidos teóricos y contenidos prácticos, y son los siguientes: Contenidos teóricos: I. SISTEMAS COMBINACIONALES (9 horas) 1. Álgebra de Boole y expresiones lógicas (3 horas) 1. Puertas lógicas digitales 2. Álgebra de Boole 3. Análisis booleano de los circuitos lógicos 2. Simplificación de funciones booleanas: Método de Karnaugh (3 horas) 1. Suma de productos 2. Producto de sumas 3. Funciones incompletamente especificadas 4. Circuitos con salida múltiple 5. Diseño libre de riesgos 6. Diseño de circuitos con puertas NAND o puertas NOR 3. Componentes combinacionales básicos (3 horas) 1. Circuitos aritmético-lógicos 2. Circuitos comparadores 3. Circuitos codificadores/decodificadores 4. Circuitos multiplexores/demultiplexores 5. Buses y salidas triestado 6. Desplazamiento/Rotación 7. Dispositivos programables II. SISTEMAS SECUENCIALES (12 horas) 4. Introducción a los sistemas biestables (2 horas) 1. Principios básicos de los sistemas secuenciales 2. Circuitos biestables 3. Biestables con entradas asíncronas 4. Biestables activos por flanco 5. Análisis y diseño de sistemas secuenciales (3 horas) 1. Modelo de máquinas de estados finitos 2. Análisis de sistemas secuenciales de tipo Moore y Mealy 3. Diseño de sistemas secuenciales 1. Generación del diagrama de estados 2. Minimización del diagrama de estados 3. Codificación de estados 4. Elección de los biestables 5. Implementación y verificación del sistema 6. Componentes básicos de memorización (3 horas) 1. Registros 1. Registros con carga en paralelo

3 2. Registros de desplazamiento 3. Contadores 4. Bancos de registros 2. Memorias 7. Camino de datos y unidad de control (4 horas) 1. Diseño de un camino de datos sencillo 2. Caminos de datos generales 3. Diseño de la unidad de control III. DISEÑO DEL PROCESADOR (7 horas) 8. Diseño del procesador (7 horas) 1. Metodología de sincronización 2. Diseño de un procesador MIPS R3000 reducido 3. Rutas de datos individuales 4. Diseño monociclo. Ruta de datos y unidad de control 5. Diseño multiciclo. Ruta de datos y unidad de control 6. Excepciones e interrupciones 1. Tratamiento de excepciones en MIPS 2. Implementación de excepciones en MIPS 3. Ruta de datos con soporte de excepciones 4. Especificación de la UC con soporte de excepciones 5. Instrucciones para excepciones en MIPS IV. TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES (2 horas) 9. Tecnología de computadores (2 horas) 1. Elementos constructivos discretos 2. Elementos integrados 3. Familias lógicas Contenidos prácticos: Realizaremos seis prácticas utilizando la herramienta Xilinx de diseño y simulación de circuitos. Cada una de las prácticas estará dedicada a los siguientes temas: P1: Captura y simulación de un circuito combinacional simple P2: Captura y simulación de un circuito combinacional de complejidad media P3: Estudio de retardo de puertas en circuitos combinacionales P4: Captura y simulación de elementos biestables P5: Captura y simulación de una ruta de datos y la unidad de control asociada P6: Simulación del procesador multiciclo y modificación del diseño para añadir nuevas instrucciones Metodología Sesiones académicas teóricas Sesiones académicas prácticas Sesiones académicas de problemas Cuestionarios de autoevaluación (lecturas obligatorias, ejercicios y prácticas) Tutorías colectivas Tutorías individuales

4 Lecturas obligatorias Planificación de la asignatura La asignatura Fundamentos de los Computadores es una asignatura de 6 créditos, o sea, 150 horas (cada crédito se contabiliza como 25 horas de trabajo del alumno). Dado que la asignatura se imparte en 15 semanas, eso hace un total de 10 horas de trabajo a la semana, de las cuales 40% se llevan a cabo en actividades presenciales (4 horas) y el 60% restante se realiza en actividades no presenciales (6 horas). Las horas presenciales se imparten a razón de 2 horas de teoría a la semana y 2 horas de prácticas a la semana. Las horas no presenciales se distribuyen en una serie de actividades: sesiones de ejercicios, lecturas obligatorias, cuestionarios de autoevaluación (de lecturas obligatorias, de ejercicios y de prácticas) y sesiones de estudio. La planificación de todas las horas de la asignatura se muestra en la tabla adjunta. T: Sesiones teóricas (Presencial) P: Sesiones prácticas (Presencial) LP: Lecturas Obligatorias de los guiones de las prácticas (No Presencial) AL: de Lecturas Obligatorias (No Presencial) AE: de Ejercicios (No Presencial) S: Sesiones de Estudio (No Presencial) AP: de Prácticas (No Presencial) Semana /en 2 31/en-6/feb /feb /feb /feb 6 28/feb-6/mar /mar /mar /mar 10 28/mar-3/abr /abr /abr 13 25/abr-1/may /may /may Sesiones académicas teóricas (1 hora) Presencial (4 h/semana) Sesiones académicas teóricas (1 hora) Sesiones académicas prácticas (2 horas) T1 T1 P1 LP1 de Lecturas obligatorias AL1 No presencial (6 h/semana) de Ejercicios Sesiones de Estudio de prácticas AE1 S1 2h AP1 T1 T2 P1 AL2 2h AE1 S2 2h AP1 T2 T2 P1 AL3 AE2 S3 3h AP1 T3 T3 P2 LP2 AE2 S4 3h AP2 T3 T4 P2 AL4 2h AE3 S5 2h AP2 T4 T5 P3 LP3 AL5 AE4 S6 2h AP3 T5 T5 P3 AL6 AE5 S7 3h AP3 T6 T6 P4 LP4 2h AE5 S8 2h AP4 T6 T7 P4 AL7 AE6 S9 3h AP4 T7 T7 P5 LP5 AE7 S10 3h AP5 T7 T8 P5 AL8-A AE7 S11 3h AP5 T8 T8 P5 AL8-B AE8-A S12 3h AP5 T8 T8 P6 LP6 AE8-B S13 3h AP6 T8 T8 P6 AL9 AE8-C S14 3h AP6 T9 T9 P6 - - AE8-D S15 4h AP6

5 Estas son las distintas actividades, por temas: Tema Duración Tópico de Lecturas obligatorias T1 AL1 Algebra de Boole. T2 AL2 2h Karnaugh funciones incompletas, funciones múltiples, diseño libre de riesgos. T3 AL3 Lecturas sobre componentes combinacionales básicos T4 AL4 2h Lecturas relacionadas con biestables. T5 AL5 Lecturas sobre análisis y diseño de sistemas secuenciales. T6 AL6 Lecturas sobre componentes básicos de memorización T7 AL7 Lecturas RD+UC. T8 AL8-A AL8-B Lecturas de diseño del procesador monociclo y multiciclo. T9 AL9 Lecturas relacionadas con el tema. Tema Duración Tópico de Ejercicios T1 AE1 Test de conocimientos y ejercicios sencillos del tema. T2 AE2 Test de conocimientos y ejercicios sencillos del tema. T3 AE3 Test de los distintos elementos combinacionales vistos en el tema, o incluso un diseño sencillo con esos elementos. T4 AE4 Test de conocimientos del comportamiento de los distintos biestables. T5 AE5 Test de análisis y diseño de sistemas secuenciales. T6 AE6 Test de conocimientos y ejercicios del tema. T7 AE7 Test de ejercicios del tema. T8 AE8 Test de conocimientos y ejercicios del tema. T9 AE9 Test de conocimientos del tema. Práctica de prácticas Duración Tópico P1 AP1 3h Captura y simulación de un circuito combinacional simple P2 AP2 2h Captura y simulación de un circuito combinacional de complejidad media P3 AP3 2h Retardo de puertas P4 AP4 2h Captura y simulación de elementos biestables P5 AP5 3h Captura y simulación de una ruta de datos y la unidad de control asociada P6 AP6 3h Procesador multiciclo: Simulación y modificación del diseño del procesador para añadir nuevas instrucciones

6 Evaluación El sistema de evaluación será EL MISMO para TODAS las CONVOCATORIAS: Criterios de Calificación: Cuestionarios de. Existen cuestionarios de autoevaluación para las Lecturas Obligatorias, los Ejercicios, y las Prácticas. Realizar estos cuestionarios es un PREREQUISITO para poder realizar la evaluación de la asignatura. Es necesario realizar TODOS los cuestionarios de autoevaluación y sacar una nota mínima de 7 puntos en cada uno de ellos para poder presentarse a convocatoria. Los cuestionarios disponen de INFINITOS intentos. La nota de los cuestionarios se obtendrá como la NOTA MEDIA de la obtenida en todos los cuestionarios y contribuirá con un 10% a la nota final. Examen final. Es obligatorio realizarlo y obtener una nota mayor o igual a 5 puntos. Contribuye con un 50% a la nota final. Examen de Prácticas. Es obligatorio realizarlo y obtener una nota mayor o igual a 5 puntos. Contribuirá con un 35% a la nota final. Participación Activa en Sesiones Académicas. Se tendrá en cuenta la participación activa de los estudiantes en las sesiones académicas tanto teóricas como prácticas puntuándose de forma positiva todas aquellas aportaciones de calidad y enriquecedoras para el conjunto de la clase, sobre el tema que se esté tratando. La participación activa en las sesiones académicas contribuye con un 5% a la nota final. La nota final se calcula como: Nota final = 0.5*Nota Examen *Nota Prácticas + 0.1*Nota Cuestionarios de *Nota Participación Activa en Sesiones Académicas Cuando NO SE CUMPLA alguna de las condiciones anteriormente expuestas, la nota que se reflejará en el acta se calculará como el mínimo entre la Nota Final obtenida por el alumno y 4. Bibliografía o Principios de diseño digital Daniel D. Gajski Prentice Hall, Madrid : 2000 ISBN: o David A. Patterson and John L. Hennessy, Estructura y Diseño de Computadores. Interficie circuitería/programación, Segunda Edición, Editorial Reverte, 2000 (o reimpresión 2004) (3 Tomos)

7 o El Moodle de la asignatura, disponible a través del Campus Virtual de la ULPGC, donde podrán encontrar documentación (transparencias, ejercicios, libro de prácticas, material para las prácticas, etc), el software que usaremos en las prácticas, grupos de prácticas, notas de la asignatura, preguntas frecuentes, etc. Este documento es un resumen del proyecto docente de la asignatura Fundamentos de los Computadores del Grado en Ingeniería Informática del curso 2016/2017. RESUMEN: Qué es cada cosa? Nombre Descripción Explicación Se hace test? LP AL Lectura de la Práctica de Lectura obligatoria Lectura de la práctica a realizar esa semana o la siguiente Lectura de los contenidos de teoría S Sesión de estudio Sesión de estudio personal AE Test para de Ejercicios practicar los ejercicios del tema AP de Prácticas Test de autoevaluación de la práctica Cuántos intentos? Tiempo limitado para responder? Ejemplo NO LP1 Lectura de la práctica 1 del libro de prácticas SÍ Infinitos SÍ, 30 minutos AL1 Preguntas de autoevaluación de lectura obligatoria referente al tema 1 de la asignatura NO S1 Sesión de estudio del tema 1 SÍ Infinitos Sí, 2 horas AE1 Ejercicios de autoevaluación de TODO el tema1 SÍ Infinitos SÍ, 30 minutos AP1 Preguntas de autoevaluación sobre la práctica 1: tiempo de simulación, localizar una combinación en la simulación, etc...