SILABO DE SISTEMAS DIGITALES Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS [IS - 341] I. INFORMACIÓN GENERAL 1. Nombre de la Asignatura : SISTEMAS DIGITALES Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS 2. Código del Curso : IS - 341 3. Requisitos : Sistemas Eléctricos y Electrónicos (IS - 244) 4. Semestre : 2013 I 5. Número de Créditos : 4.0 6. Plan de Estudios : 2005 7. Horas Teóricas : 02 hora 8. Horas de Laboratorio : 04 horas 9. Facultad : Ingeniería de Minas Geología y Civil 10. Escuela de Formación Prof. : Ingeniería de Sistemas 11. Ambientes : H - 221 (Lunes 09:00-11:00 a.m.) 12. Docentes : Teoría: Christian Lezama Cuellar Laboratorio: Christian Lezama Cuellar, Manuel Lagos II. III. SUMILLA Circuitos combinacionales. Circuitos secuenciales. Circuitos secuenciales en circuito integrado. Lógica de transferencia entre registros. Memorias: estática y dinámica. Ciclos de lectura/escritura. Unidad procesadora: unidad aritmética-lógica; unidad de control. Microprocesadores. Interfaces en microprocesadores. Programación de microprocesadores. Evolución de los tipos de arquitecturas de computadoras. Componentes de un computador: memoria, CPU, I/O, control. Organización de los computadores. Transferencia de información. Control micro-programado. Arquitecturas especiales. DESCRIPCIÓN La asignatura de Sistemas Digitales y Arquitectura de Computadoras es de naturaleza Teórico - Práctico y una de las bases para que el alumno desde un comienzo tenga un conocimiento general de la aplicación práctica del Algebra de Boole, de los circuitos digitales combinacionales y circuitos secuenciales de forma tal que comprenda el principio del funcionamiento y aplicaciones de los Circuitos Integrados Digitales de Actualidad, así como los fundamentos sobre Diseño de Máquinas Secuenciales y Diseño con Microprocesadores. La asignatura de Sistemas Digitales y Arquitectura de Computadoras está orientada a proporcionar al alumno los conocimientos fundamentales para que pueda desarrollar sus habilidades intelectuales y creativas para la concepción de nuevos sistemas y la optimización de los ya existentes. Es parte fundamental del curso lograr motivar al alumno en las técnicas modernas del autoestudio, exploración en Internet y el uso de la Informática Aplicada a la Educación. Por ello una parte del curso está orientada a la captura y simulación de los circuitos digitales con la ayuda del Computador. Para soportar esta aplicación de la Informática se ha elegido el programa PROTESUS ISIS, por su facilidad de aprendizaje, sus posibilidades didácticas y sus aplicaciones, permitiendo con ello que se tenga un conocimiento general del tratamiento equilibrado de los conceptos Página 1 de 6
fundamentales de las técnicas de análisis, diseño y resolución de problemas y los aspectos prácticos de implantación de Sistemas Reales. IV. OBJETIVOS 1. GENERAL Contrasta, reconoce, debate y explica los fundamentos científicos y tecnológicos de la producción, arquitectura y diseño de las máquinas de computo, demostrando confianza en sus propias capacidades. 2. ESPECÍFICO Enseñar un enfoque independiente de la tecnología, conocido como modelado a nivel de conmutadores, para lograr un entendimiento fácil por parte de los alumnos de la estructura y el comportamiento de los circuitos lógicos elementales. Mostrar cómo las ideas teóricas y los dispositivos físicos y las metodologías de diseño se integran para producir un sistema digital útil. Capacitar al estudiante los fundamentos del manejo práctico de los circuitos integrados digitales y su implicancia en el desarrollo y fabricación de computadoras. Proporcionar los fundamentos de la teoría de la conmutación y de la lógica digital necesarios para analizar y diseñar circuitos de lógica combinacional y secuencial, en los niveles de: conmutador, compuerta, registro y memorias, en base a la enseñanza de: Introducción a los Diagramas de Máquinas Algorítmicas, Modelo de Máquinas Secuenciales y del Diseño con Microprocesadores. Proporcionar los fundamentos teóricos para la captura y simulación de los circuitos digitales con ayuda del Computador mediante el uso del programa PROTEUS ISIS. Capacitar al estudiante para el análisis, y comprensión de los sistemas componentes de una computadora, dar al alumno el conocimiento general y los fundamentos para el entendimiento de la electrónica digital de modo de ser utilizado posteriormente en su vida profesional en su inter-relación con profesionales de la rama electrónica. V. METODOLOGÍA El profesor hará la presentación e introducción del curso mediante la explicación del Sílabo al inicio del curso, enfatizando que promoverá la Investigación y el dialogo constante con los alumnos para ayudar a que fijen y profundicen mejor los conocimientos que vayan adquiriendo. En todo momento resaltará la importancia de la necesidad de participación espontánea en el curso, que no solo debe conocer, sino investigar los diferentes temas tratados. En el desarrollo de la asignatura se promoverá la participación activa del estudiante utilizando los métodos: inductivo-deductivo; modo: colectivo explicativo; y técnicas modernas de Informática aplicadas a la educación, uso de la computadora y de herramientas CAD de actualidad. En esencia, la asignatura se desarrollará con los siguientes lineamientos metodológicos: Página 2 de 6
1. ASPECTO TEÓRICO El profesor del curso presentará en cada clase, el fundamento teórico de los diferentes temas y aplicaciones, siguiendo el orden que se señala en el programa analítico de este Sílabo. Además propiciará y estimulará la intervención de los alumnos en clase. Se promoverá el intenso estudio fuera de las horas de clase haciendo uso del Computador, dejando temas prácticos para que los alumnos hagan investigación sobre los mismos, en los diferentes niveles de complejidad requeridos, fomentando en los estudiantes el desarrollo de habilidades y técnicas a través del planteamiento de problemas y casos prácticos. Los alumnos mediante el uso de las Computadoras, Internet consultas a los libros mencionados en la Bibliografía, deberán realizar sus investigaciones; así mismo también deberán usar las fuentes de información que el docente del curso señale, los mismos que serán publicados en la página Web del curso. Todo esto tiene la finalidad que los alumnos procedan a resolver sus Trabajos y Prácticas mediante la investigación, a la vez que profundizan los alcances de los conocimientos adquiridos. En caso que los alumnos encuentren dificultad para resolver cualquier problema relacionado con la asignatura, deberá acudir a realizar la respectiva consulta al profesor responsable en los horarios de atención establecidos fuera de horas de clase. Algunos tópicos del curso podrán ser dados a los alumnos como tarea, ejercicio ó como lectura complementaria los cuales deberán ser sustentados. 2. ASPECTO PRÁCTICO Todas las prácticas de laboratorio son calificadas y se desarrollarán teniendo como requisito la presentación de un informe previo. Las guías de laboratorios serán publicadas con anticipación en página Web del curso o por el profesor responsable del laboratorio. Todas las prácticas de laboratorio requerirán un análisis dinámico de resultados, observaciones, conclusiones y desarrollo de cuestionarios. La presentación del informe escrito respectivo en la siguiente sesión de laboratorio. La inasistencia a la práctica impide al alumno la presentación del informe correspondiente, siendo calificado en dicha práctica de laboratorio con la nota de cero (00), si lugar a reclamo. El desarrollo de seminarios, talleres y prácticas de laboratorio serán dirigidos. Para rendir el examen de aplazados es indispensable aprobar el aspecto práctico. 3. TRABAJO DE APLICACIÓN Los temas de los trabajos de aplicación serán aprobados previa presentación de los proyectos, a la tercera semana de iniciado el curso; para ser desarrollados en grupos de 05 integrantes (16/09/2013). Los trabajos de aplicación práctica tienen naturaleza de simulación e implementación; serán desarrollados a lo largo del semestre, los cuales deberán ser sustentados previa presentación de 3 informes: primer informe parcial (07-Octubre-2013), segundo informe parcial (04-Noviembre-2013), e informe final con sustentación del trabajo (09- Diciembre-2013). En los informes parciales, por separado, cada estudiante precisará su aporte. Página 3 de 6
Para rendir el examen de aplazados es indispensable aprobar el trabajo de aplicación. 4. RECURSOS DIDÁCTICOS Se utilizará pizarra, proyector multimedia y computadora con software de ofimática. En las prácticas se utilizarán dispositivos y componentes electrónicos, instrumentos de medición y computadora con herramientas CAD de simulación. VI. REQUISITOS DE APROBACIÓN Asistencia obligatoria a clases prácticas (laboratorios) no menor al 80%. Presentación y exposición de informes y seminarios. Obtener una nota promedio de evaluación final mayor o igual a ONCE (11). Para aprobar el curso es indispensable aprobar el aspecto práctico. Para aprobar el curso es indispensable presentar el trabajo de aplicación. Los estudiantes que han obtenido nota aprobatoria, habrán demostrado haber logrado los objetivos de la asignatura. VII. SISTEMA DE AVALUACIÓN 1. CONSIDERACIONES Las evaluaciones se regirán en la escala vigesimal, es decir las notas serán de cero (00) a veinte (20). Las evaluaciones y sus respectivas notas serán entregadas a los estudiantes para su revisión y firma, luego del cual no abra lugar a reclamo. No rendir exámenes ni presentar trabajos se calificarán con CERO (00). Se calificará el desenvolvimiento del alumno en las clases teórico-prácticas y exposición de los trabajos de aplicación. Se calificará la ortografía y redacción del alumno en los informes y trabajos presentados, además de la presentación personal, dominio del tema y presentación o exposición de sus trabajos. 2. EVALUACIONES Se utilizará el sistema vigesimal en todas las calificaciones, para tal efecto se tendrá en cuenta: Promedio de Evaluaciones de Teoría (ET) 50% Promedio de Evaluaciones de Laboratorio (EL) 15% Investigación y Participaciones en Clase (IP) 10% Desarrollo y Exposición del Trabajo de Aplicación (TA) 25% 3. PROMEDIO FINAL (PF) El promedio final del curso se obtiene aplicando la siguiente fórmula: PF = 0.5 (ET) + 0.15 (EL) + 0.1 (IP) + 0.25 (TA) Página 4 de 6
VIII. PROGRAMA DE CONTENIDOS UNIDAD 1: SISTEMAS DIGITALES 01 02 03 04 05 Actividades previas. Presentación del sílabo. Introducción al curso. Sistemas numéricos. Códigos binarios. Circuitos y compuertas lógicas. Álgebra Booleana. Circuitos combinacionales. Métodos de reducción. Primer Examen Parcial. UNIDAD 2: CIRCUITOS MANEJADORES DE DATOS Y SECUENCIALES 06 07 08 09 10 Circuitos Aritméticos. Circuitos manejadores de datos. Circuitos secuenciales. Diseño de circuitos secuenciales. Segundo Examen Parcial. UNIDAD 3: ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR Y SISTEMAS DE MEMORIA 11 Máquina de Von Neumann. Unidad de control. Conjunto de instrucciones y tipos (manipulación de datos, control, E/S). Sistemas de almacenamiento y su tecnología. Codificación, compresión e integridad de datos. Jerarquía de memoria. Manejo de errores y fiabilidad. Organización de la memoria principal y operaciones. Memorias caché. Memoria virtual. UNIDAD 4: INTERFACES Y COMUNICACIONES 12 Fundamentos E/S. Estructura de interrupción: interrupción por vectores y por prioridad, reconocimiento de interrupción. Almacenamiento externo, organización física y controladores. Buses: protocolos, arbitraje, DMA. Dispositivos E/S. Introducción a las redes. Arquitecturas RAID. UNIDAD 5: MULTIPROCESADOR Y ARQUITECTURAS ALTERNATIVAS Y ESPECIALES 13 14 15 16 Introducción al SIMD, MIMD, EPIC. Arquitectura sistólica. Sistemas de memoria compartida. Coherencia de caché. Modelos de memoria y consistencia de memoria. Arquitectura RISC. Programación en microcontroladores. Evaluación Final. Página 5 de 6
PRÁCTICAS DE LABORATORIO. Lab. Tema Lab. Tema 01 Funciones Lógicas 07 Procesador aritmético y lógico 02 Compuertas Lógicas 08 Memorias 03 Simplificación de circuitos lógicos 09 Programación en Procesadores RISC-16F84A (parte 1) 04 Circuitos Aritméticos 10 Programación en Procesadores RISC-16F84A (parte 2) 05 Circuitos integrados manejadores de 11 Programación en Procesadores 06 datos Circuitos secuenciales: Registros, Contadores 12 RISC-16F877 (parte 1) Programación en Procesadores RISC-16F877 (parte 2) Recursos Fuente de voltaje VDC de 5V; Multímetro digital y Protoboard Condensadores electrolíticos (220uF/25V y 33uF/16V), 6 resistores de 330W, resistencia de 1.2KW, potenciómetro de 100KW, 6 leds, display de 7 segmentos, cables de teléfono. C.I.. MC7805, 74LS00, 74LS02, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 74LS47 o 74LS48, 74LS74, 74LS83, 74LS85, 74LS86, 74LS112, 74LS138, 74LS139, 74LS153, 74LS154, 74LS165, 74LS181, 74LS192, 74LS193, 74LS573, NE555. IX. BIBLIOGRAFÍA 1. MORRIS MANO, M. : "FUNDAMENTOS DE DISEÑO LÓGICO Y DE COMPUTADORAS" PRENTICE HALL - 3ra. Edic. - 2005 2. WARKERLY, JHON F. : "DISEÑO DIGITAL; PRINCIPIOS Y PRÁCTICAS" PEARSON EDUCTAION INC. - 4ta. Edic. 2005 3. MORRIS MANO M. : "ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS" UNIVERSIDAD ESTATAL DE CALIFORNIA LOS ANGELES 3ra. Edic. México 1994 4. STALLINGS, WILLIAM : "ORGANIZACIÓN Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORES" PRENTICE HALL IBERIA. 7ma. Edic. Madrid 2006. 5. BREY, BARRY B. : "LOS MICROPROCESADORES INTEL" PRENTICE HALL MEXICO 7ma. Edic, México 2006 6. TANENBAUM,A. : "ORGANIZACIÓN DE COMPUTADORES: UNENFOQUE ESTRUCTURADO" PRENTICE HALL MEXICO 5ta. Edic, México 2006 Ayacucho, 23 de setiembre del 2013 Página 6 de 6