La asignatura "Principios de Diseño de Sistemas Digitales" es una asignatura de primer curso del Grado en Ingeniería Informática y se imparte durante el primer cuatrimestre. Da comienzo a la rama de Arquitectura de Computadores por lo que está estrechamente relacionada con las asignaturas siguientes de esa rama: "Estructura de Computadores" (curso 1) y "Arquitectura de Computadores" (curso 2).

La rama de Arquitectura de Computadores es muy importante en el grado de Ingeniería Informática puesto que es imprescindible conocer el funcionamiento interno de las máquinas para diseñar y desarrollar sistemas informáticos eficaces, entre ellos, los propios computadores.



Además de eso, varios de los temas que se imparten en ella son necesarios en la asignatura "Diseño y Construcción de Sistemas Digitales" que se imparte en tercer curso dentro de la especialidad de Ingeniería de Computadores. En esta asignatura se diseñan sistemas de propósito específico pero partiendo de la base de lo estudiado en la asignatura de primero.



En "Principios de Diseño de Sistemas Digitales" se estudia la codificación binaria básica utilizada en los computadores y se sigue con los componentes digitales elementales, para finalmente llegar a ver cómo se puede diseñar un procesador sencillo. De ese modo se establecen los fundamentos para que en las asignaturas que continúan y que ya se han mencionado, se analice el funcionamiento del resto de subsistemas, se diseñen algunos de ellos y se comprendan los métodos que se aplican para mejorar el rendimiento del computador como sistema.



Dado que se trata de una asignatura inicial, no se necesitan conocimientos previos sobre sistemas digitales, ya que es la propia asignatura la que los introduce.

Tras cursar la asignatura se espera que el alumnado:



- Entienda los sistemas de numeración y codificación que se utilizan en un computador.

- Conozca el comportamiento de los componentes digitales básicos, tanto combinacionales como secuenciales.

- Comprenda la metodología propuesta para el diseño de sistemas digitales: estructura de la unidad de proceso y de la unidad de control y relación entre ambas.

- Sepa analizar el funcionamiento de sistemas digitales simples y sea capaz de plasmar su funcionamiento mediante cronogramas.

- Entienda la estructura y funcionamiento de un procesador sencillo compuesto por los circuitos básicos presentados durante el curso para en un futuro poder comprender el funcionamiento de máquinas reales.

Tema 0: REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN

0.1 Tipos de datos elementales numéricos.

0.2 Operaciones elementales sobre datos numéricos

0.3 Tipos de datos elementales no numéricos

0.4 Tipos de datos estructurados



Tema 1: ÁLGEBRA DE BOOLE.

1.1. Álgebra de Boole: axiomas, teoremas y operaciones básicas.

1.2. Funciones lógicas: representación y minimización.



Tema 2: DISPOSITIVOS BÁSICOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES: PUERTAS LÓGICAS.

2.1. Representación de los dos valores lógicos. Lógica mixta.

2.2. Implementación de las operaciones básicas.

2.3. Análisis y síntesis de circuitos. Diseño.

2.4. Circuitos integrados.



Tema 3: BLOQUES COMBINACIONALES.

3.1. Multiplexores.

3.2. Descodificadores (Desmultiplexores).

3.3. Codificadores.

3.4. Sumadores.

3.5. Comparadores.

3.6. Unidades aritmético-lógicas (UAL).



Tema 4: BLOQUES SECUENCIALES.

4.1. Características de los circuitos secuenciales.

4.2. Biestables.

4.3. Bloques secuenciales: registros, registros de desplazamiento y contadores.



Tema 5: MEMORIAS

5.1. Bancos de registros.

5.2. Características principales de las memorias.

5.3. Tipos de memorias: RAM, ROM y otras.

5.4. Sistema de memoria de un computador.



Tema 6: METODOLOGÍA DE DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES

6.1. Unidad de control y de proceso de los sistemas digitales.

6.2. Diseño de la unidad de control (grafos ASM).

6.3. Implementación de algoritmos de control.

6.4. Ejemplos de diseño.



Tema 7: DISEÑO DE UN PROCESADOR BÁSICO

7.1. Conceptos básicos: componentes principales, instrucciones, algoritmo de ejecución.

7.2. Diseño del procesador BIRD.

El mayor peso de la metodología docente lo recogen las clases magistrales y de ejercicios. El profesorado expondrá los temas, hará preguntas al respecto y propondrá ejercicios para su realización. El alumnado deberá asegurarse de que está entendiendo la asignatura respondiendo a las cuestiones y resolviendo los ejercicios. Los créditos prácticos se realizarán en el aula y en ellos se resolverán los ejercicios previamente trabajados por el alumnado.



Metodologías activas:

La participación activa del alumnado es fundamental para la consecución de las competencias y objetivos. Por ello, se fomentará dicha participación mediante la realización de preguntas cortas y la resolución en la pizarra de los ejercicios previamente realizados con el fin de resolver las dudas del estudiantado. El objetivo de esta metodología es la motivación del alumnado ya que su participación será la que conseguirá que se desarrolle la asignatura en su totalidad.



Finalmente, desde el principio del curso se recalcará la importancia que las horas de tutoría tienen para la atención del alumnado.

• Sistema de Evaluación Continua
• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Los porcentajes y tipos de evaluación se especifican en los apartados posteriores. (%): 100

Hay dos formas de aprobar la asignatura: evaluación global o evaluación continua. El sistema de evaluación continua es el predeterminado, como se expresa en la normativa de la UPV/EHU. Este sistema requiere la participación activa del estudiante; por tanto, el alumno debe acudir a las clase, participar en ellas y realizar las actividades propuestas (ejercicios, prácticas...). Si un alumno que reúne las condiciones para ser evaluado mediante la evaluación continua quisiera optar a la evaluación final, deberá manifestar su deseo por correo electrónico al profesor responsable de la asignatura antes de la última semana de clases.



En las siguientes líneas se recoge de forma resumida las actividades y pesos que se tienen en cuenta en cada tipo de evaluación.



EVALUACIÓN CONTINUA:



15%: Primer examen parcial.

30%: Segundo examen parcial.

55%: Tercer examen parcial.

NOTA IMPORTANTE: Para aprobar en evaluación continua, se exigirá la realización de todas las pruebas, y para el cálculo de la media será necesaria una nota mínima de 4 sobre 10 en todas y cada una de ellas. La media mínima para aprobar la asignatura es 5.



EVALUACIÓN GLOBAL:



100%: Examen final.

En convocatoria extraordinaria el modo de evaluación es único: evaluación global.



EVALUACIÓN GLOBAL:

100%: Examen final.

Material disponible en el aula virtual (eGela) de la asignatura.

Bibliografía básica

Olatz Arbelaitz, Olatz Arregi, Agustin Arruabarrena, Izaskun Etxeberria, Amaya Ibarra y Txelo Ruiz.

Principios de Diseño de Sistemas Digitales. Conceptos básicos y ejemplos. Servicio Editorial de la UPV-EHU, 2008.

La versión en euskera de este libro se encuentra disponible online en:

http://www.buruxkak.eus/liburua/sistema-digitalen-diseinu-hastapenak-oinarrizko-kontzeptuak-eta-adibideak/203



Floyd T. L.

Fundamentos de sistemas digitales, 11ed. Prentice Hall, 2016



Mano M., Ciletti M.

Diseño digital (5a ed.). Pearson Educación, 2013

Libro digital en biblioteca: https://elibro-net.ehu.idm.oclc.org/es/ereader/ehu/37912



D. D. Gajski

Principios de diseño digital. Prentice Hall, 1997

Bibliografía de profundización

Harris S.L., Harris D. M.
Digital Design and Computer Architecture ARM Edition. Morgan Kaufmann, 2016

Peter J. Ashenden
Digital Design. An Embedded Systems Approach Using VHDL. Morgan Kaufmann, 2008

Patterson, D. A., Hennessy, J. L., Alexander, P.
Computer organization and design: the hardware-software interface. Morgan Kaufmann/Elsevier 2016

Uyemura J. P.
Introducción al diseño de sistemas digitales: un enfoque integrado. Thomson, 2000

Revistas

Revistas técnicas del área: IEEE computer, IEEE Micro, ACM, BYTE

Direcciones web

Las direcciones que se enumeran a continuación pueden ser interesantes para profundizar más allá de lo estudiado en la asignatura, pero no hay que olvidar que el nivel de la asignatura es muy básico.

a) Softwaren de diseño: aplicaciones Quartus y ModelSim (versión "free"):
https://fpgasoftware.intel.com/?edition=lite

b) Fabricantes de circuitos programables y circuitos integrados:

www.terasic.com
www.xilinx.com
www.cadence.com

Por otro lado, se puede trabajar parte de los conceptos vistos en la asignatura desde un punto de vista más lúdico en las siguientes direcciones:

* Representacion binaria: http://games.penjee.com/binary-numbers-game
* Base 2, potencias de 2: https://play2048.co/
* Operaciones lógicas: https://moon.deusto.es
* Sistema digitalen diseinu hierarkikoa: https://nandgame.com