INTRODUCCIÓN. Tema de INTRODUCCIÓN

Transcripción

1 Tema de INTRODUCCIÓN Contenido Información analógica y digital. Términos básicos y características de la información digital. Circuitos y sistemas digitales. Objetivos de la asignatura. Bibliografía básica: * (M. Morris Mano y Charles R. Kime: Cap 1) * V. P. Nelson et al: Cap. 0 * J. Wakerly: Cap 1 Bibliografía complementaria: * J. P. Hayes: Introducción al Diseño Lógico Digital. Addison-Wesley, Cap. 1 * D. A. Patterson y J. L. Hennessy: Organización y Diseño de Computadores. McGraw-Hill, Cap. 1 Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 1

2 Computadores e Informática: Raíces * Informática (de informatique, information automatique, P. Dreifus, 1.962): conjunto de conocimientos científicos y técnicos que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores Términos ingleses: Computing, Computer Sciences, Computer Engineering, y Electronic Data Processing. * Principales características: 1. Carácter científico y técnico 2. Tratamiento automático de información: Procesar (PROCESADOR) 1.1 Procesamiento: transmisión, almacenamiento y manipulación (no comprensión ni conocimiento por parte de la máquina) 1.2 Automático: El tratamiento se hace en una máquina, sin intervención humana en la ejecución de la tarea. Autómata Control ROBÓTICA MICROCONTROLADORES 3. Máquina: es el ORDENADOR (proviene de la ordenación, tabulación y clasificación de datos), o el(la) COMPUTADOR(A) (de otro de los usos (el del cómputo o cálculo). * En general usamos como sinónimos los términos COMPUTADOR, ORDENADOR. Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 2

3 Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 3

4 * ORDENADOR: Máquina electrónica digital que permite almacenar información y, a partir de unos datos de entrada, es capaz de procesarla automáticamente siguiendo una serie de operaciones (programa) previamente almacenado en ella. * Dos partes fundamentales: ** Hardware: Es el equipo físico (soporte material o maquinaria tangible), que realiza las tareas de cálculo, de ordenación y de control del computador. ** Software: Es el conjunto o paquetes de programas y rutinas que dispone el computador para el tratamiento de la información. Es su parte inmaterial, que especifica las tareas a realizar y cómo hacerlas. En FUNDAMENTOS (Y ESTRUCTURA) DE COMPUTADORES nos centramos en el hardware Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 4

5 Información analógica y digital * Información: Datos contenidos en un mensaje portado por una señal ** Señal: Medio físico sobre el que viaja el mensaje Posee un parámetro físico Evoluciona en el tiempo Ej. Tensión eléctrica (diferencia de potencial): v(t) V [V: voltio] ** Variable: Representación de una señal ( matemática) * Las señales del mundo real son ANALÓGICAS: continuas en el tiempo y en su valor v(t) t Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 5

6 * Mundo conceptual: las señales son un modelo del real: En los computadores es DIGITAL MUNDO REAL MODELO MUNDO CONCEPTUAL * DIGITAL: Posee valores DISCRETOS (como los números: dígitos) v(t) V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 t Ahora v(t) sólo puede tomar los valores V 0, V 1, V 2, V 3, o V 4 Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 6

7 También se puede hacer discreto el tiempo con un reloj (Ck: clock) v(t) V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 t Ck v(t): V 3, V 4, V 3, V 3,V 2,V 2, V 1, V 0, V 1,V 3, V 3, V 4 Esto es una secuencia de valores de v(t) Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 7

8 Términos básicos y características de la información digital * Digital: Proviene de los dígitos o símbolos utilizados al contar (0, 1, 2,...9) Relacionado con las Matemáticas discretas En : Sólo dos valores ** Bit: Binary digit. Dígito con sólo dos valores (binario) posibles: 0 y 1. * Conmutación (switching): Proviene de los conmutadores (switches) telefónicos, eléctricos,... Se trata de interruptores con dos posiciones: OFF y ON * Electrónica digital: Opera con dispositivos electrónicos que trabajan entre tensiones bajas (L: Low) y altas (H: High) * Lógico: Proviene de la lógica, con afirmaciones falsas (F: False) o ciertas (T: True) * Booleano: De Boole, matemático que formalizó la lógica matemática Sin matizar usaremos todos esos términos como sinónimos Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 8

9 * Bit y sus múltiplos: 1 Bit: Variable que vale 0 ó 1. Ej. 1 1 Nibble (mordisco, pico/picotazo, pizca,??; poco usado): 4 bits. Ej Byte ( octeto??): 8 bits. Ej palabra (word): n bits (MSB/LSB: Most/Least Significant Bit) Ejemplo: 0 MSB LSB Numeración normal n-1 n-2 n Otras veces n n-1 n * A veces se utilizan nombres y significados propios. P. ej., en el MC68000: W: 1 Word = 16 bits L: 1 Long Word = 32 bits Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 9

10 * Los valores del Bit: lógicas positiva y negativa Lógica positiva 0 F OFF L y 1 T ON H Lógica negativa 1 F ( OFF L) y 0 T ( ON H) * Convenio: Lógica positiva... salvo que expresamente se indica otra cosa Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 10

11 Circuitos y sistemas digitales El computador es de los sistemas digitales más importantes, pero hay muchos más: videojuegos, calculadoras, relojes, radio, TV, control industrial, etc. Hay una gran diversidad, desde algunos transistores hasta decenas de millones: Llamamos circuitos a los más simples, sistemas a los más complejos y subsistemas para los de enmedio Se usan diferentes Niveles de descripción En todo sistema digital hay que describir dos visiones al menos: Estructural: Qué componentes tiene y cómo están conectadas entre sí (Normalmente se usan dibujos) Funcional: Qué operación realiza o qué sistema es el que implementa (Normalmente con tablas y algún lenguaje formal) Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 11

12 Niveles en un ejemplo de Diseño Digital, el de un computador Diseño: Top-down Niveles Arquitectural RT (Register Transfer) Estructura CPU AB Datos DB Memoria Función: ISP Instrucción 1 Instrucción 2... Instrucción N De conmutación * Secuenciales & Combinacionales * Subsistemas & Puertas Control CB In/Out Operación tarda N ciclos Ck Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 12

13 Niveles en un ejemplo de Diseño Digital, el de un computador Diseño: Top-down Niveles Arquitectural RT (Register Transfer) De conmutación * Secuenciales & Combinacionales * Subsistemas & Puertas Estructura Registro Intercox Contadores Reloj Ck Recursos para el procesado de datos: Comparadores,... Función: μop Instrucción K: Secuencia de μoperaciones Cada μoperación tarda 1 ciclo Ck y opera/transfiere datos entre registros Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 13

14 Niveles en un ejemplo de Diseño Digital, el de un computador Diseño: Top-down Niveles Arquitectural RT (Register Transfer) Estructura Función: FSM Funciones lógicas De conmutación * Secuenciales & Combinacionales * Subsistemas & Puertas Retrasos de propagación Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 14

15 Niveles en un ejemplo de Diseño Digital, el de un computador Presentación aquí: Bottom-Up Niveles Arquitectural RT (Register Transfer) De conmutación * Secuenciales & Combinacionales * Subsistemas & Puertas Subsistemas / Combinacionales/Secuenciales Puertas / Combinacionales/Secuenciales Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 15

16 Circuitos digitales: Combinacionales y Secuenciales Combinacionales Secuenciales x 1 Suma S 1 x Suma S 1 x 0 S 0 S 0 x 1 x 0 x S 1 S 1 S 0 S 0 S(t 0 ) = F( x(t 0 ) ) S(t 0 ) = F( x(t 0 ), x( t < t 0 ) ) Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 16

17 Objetivos de la asignatura 1.- Adquirir una base sólida en la materia a nivel científico, matemático y técnico: Comprender la operación a nivel lógico y temporal; aplicar herramientas de análisis y de diseño; ser capaz de modelar la realidad; analizar y diseñar subsistemas de cualquier complejidad; identificar los componentes comerciales y el instrumental de laboratorio, y saber operar con ellos; ser capaces de implementar circuitos, desarrollar tests de prueba, reconocer los fallos más comunes y corregirlos. 2.- Resolver problemas en esta materia. Esto es, ser capaces de aplicar conocimientos: Ante unas especificaciones detalladas, debe saberse definir el problema, evaluar entre distintas estrategias de solución y elegir la mejor de ellas, diseñar la solución y comunicarla adecuadamente. 3.- Conseguir una base en la formación humana y profesional y en la capacidad de autoformación: Manejar fuentes de documentación, en español y en inglés; lograr una adecuada comunicación escrita y, en la medida que se pueda, hablada; ser capaz de trabajar como miembro de un equipo; conocer y saber posicionarse ante los hechos tecnológicos, éticos y políticos de nuestra sociedad en general y de los profesionales de la Informática en particular Dpto. Tecnología Electrónica, U. Sevilla. Fundamentos de Computadores Introducción 17