Asignatura
SISTEMAS DIGITALES

La asignatura "Sistemas Digitales" pertenece al plan de estudios de Ingeniería Técnica Industrial (especialidad Electrónica Industrial), cuyo código es 05010. La asignatura se imparte en el campus de La Rábida, en el pabellon Alonso Barba (aula B.1.3), mientras que las prácticas son impartidas en el pabellón Vicente Rodríguez Casado (Laboratorio de Electrónica Básica).

En esta asignatura se verá una introducción a la rama digital de la disciplina de Electrónica, centrándonos en su parte combinacional. Los principales temas que se ven en esta asignatura son:

• Máquinas de autómatas finitos
• Elementos de memoria
• Análisis de circuitos secuenciales
• Diseño de circuitos secuenciales
• Subsistemas secuenciales
• Dispositivos programables secuenciales

Los objetivos a cubrir por la asignatura de SISTEMAS DIGITALES vienen determinados por la necesidad de cualquier profesional de conocer los diferentes tipos de circuitos electrónicos con los que puede encontrarse en su vida profesional. Debe poder afrontar cualquier problema que se le imponga sobre circuitos digitales.

Como objetivos generales que debe abarcar esta asignatura se encuentran los siguientes:

• Diferenciar entre circuitos digitales combinacionales y secuenciales.
• Conocer las herramientas matemáticas que se emplean en los circuitos digitales secuenciales, es decir, la teoría de autómatas finitos aplicada a la reducción de diagramas de estados.
• Conocer lo que se entiende por elemento de memoria, así como distinguir entre los principales tipos que existen.
• Introducir al alumno en el esquema básico de un sistema de memoria.
• Distinguir los dos grandes tipos de problemas que se les puede presentar dentro de la Electrónica Digital.
• Afrontar los problemas dentro de la rama secuencial de la Electrónica digital.
• Introducir al alumno en los principales dispositivos programables que se pueden utilizar para realizar circuitos secuenciales.
• Introducir al alumno en los principales subsistemas secuenciales.
• Reforzar al alumno en el uso de herramientas de CAD para el desarrollo de análisis de circuitos secuenciales.

PROGRAMA TEÓRICO-PRÁCTICO:

• Introducción. Definición de Sistema Secuencial
• Clasificación de los Sistemas Secuenciales
• Representación de los Sistemas Secuenciales
• Aplicaciones de los Sistemas Secuenciales

• Introducción. Definición
• Diagramas de Estados
• Teoremas y Definiciones
• Minimización del Número de Estados
• Máquinas completamente especificadas

• Introducción. Definiciones y Clasificaciones
• Elementos de memoria
• Elementos de memoria transparentes
• Latches
• Flip-Flops
• Restricciones temporales
• Sistemas de Almacenamiento. Memoerias de Semiconductores
• Características de las memorias
• Tipos de memorias de semiconductores
• Diseño de un sistema de memoria"

• Introducción. Definición
• Problemas de sincronización
• Cambios simultáneos de señales de entrada
• Cambios consecutivos de entradas
• Carreras
• Transiciones cíclicas de estados
• Soluciones
• Soluciones mediante sistemas con almacenamiento implícito
• Soluciones mediante sistemas con almacenamiento explícito
• Resumen
• Análisis de Sistemas Secuenciales
• Ejemplo de análisis de sistemas con realimentación directa
• Ejemplo de análisis de sistemas con biestables

• Introducción
• Obtención de la Máquina Secuencial
• Reducción y asignamiento de estados
• Elección de los Biestables
• Aspectos lógicos
• Aspectos temporales
• Diferencias entre sistema síncrono y asíncrono
• Disparo de los elementos de memoria
• Ejemplo
• Realización Física del circuito

• Dispositivos MSI secuecniales
• Registros
• Contadores
• Diseño secuencial MSI
• Diseño con registros
• Diseño con contadores
• Temporizadores
• Diseño RTL

• Introducción.
• Sistemas basados en dispositivos combincacionales programables
• Sistemas secuenciales programables monochip
• Dispositivos programables avanzados
• Microcontroladores

PROGRAMA DE LABORATORIO (pdf)

RESUMEN DEL CONTENIDO DE LA ASIGNATURA:

La asignatura de SISTEMAS DIGITALES empieza con la división entre circuitos combinacionales y secuenciales, así como el modelo tradicional de un sistema secuencial y la primera gran clasificación de estos circuitos. Seguiremos con los diferentes modos de representar los sistemas secuenciales, así como las herramientas matemáticas para tratar dichas representaciones (básicamente con vistas a obtener una representación mínima para llegar a un circuito mínimo). Seguidamente trataremos los elementos básicos de los sistemas secuenciales: los elementos de memoria; así como sus diferentes clasificaciones dependiendo de su funcionalidad y su comportamiento. Debido a la gran importancia que tienen los elementos de memoria en los dispositivos informáticos, haremos hincapié en la estructura de un sistema de memoria aplicado a estos sistemas, así como una nueva clasificación desde un punto de vista de más alto nivel. Seguidamente pasaremos a tratar el problema de análisis de los sistemas secuenciales; en este punto haremos incapié en la forma de probar los circuitos secuenciales. Posteriormente, abordaremos el problema de diseño, aplicando las principales alternativas que existe en la actualidad: diseño semi-custom, diseño MSI y diseño mediante dispositivos programables. Por último se dará una breve introducción a la principales subcircuitos secuenciales, así como al diseño con estos dispositivos.

METODOLOGÍA:

La metodología educativa se centrará especialmente en los métodos tradicionalmente empleados en la enseñanza universitaria: pizarra y prácticas, con el apoyo de transparencias.

Las clases teóricas se apoyarán en transparencias, dejando la pizarra para los ejemplos y problemas. Se les aportará a los alumnos todas las transparencias utilizadas con la suficiente antelación, para que puedan tomar notas con mayor facilidad.

La metodología seguida en la docencia de la asignatura de Electrónica Digital será la siguiente:

• En cuanto a clases de teoría, seguiremos el siguiente esquema para su exposición:
• Presentación del tema, situándolo en su contexto y relacionándolo con los restantes temas de la asignatura.
• Desarrollo de los diferentes apartados que definen dicho tema, motivando la comprensión del alumno con el uso de cuestiones cortas y ejemplos.
• Síntesis de lo expuesto, así como conclusiones y formulación de círiticas.
• Enumerar la bibliografía relativa a lo expuesto, así como aquella que sirva al alumno que esté interesado en profundizar en el tema.
• En cuanto a las clases de problemas, éstas se desarrollarán enlazándolas con los temas presentados y al final de cada desarrollo teórico. El esquema seguido será el siguiente:
• Breve resumen de los conocimientos teóricos a manejar.
• Cuestiones y ejemplos cortos.
• Problemas realizados por el profesor.
• Problemas para realizar por los alumnos en clase.
• Problemas propuestos para que el alumno los resuelva fuera de horas de clase.

Con los problemas propuestos se pretende que el alumno pueda autoevaluarse y comprobar donde encuentran mayor dificultad en su aprendizaje. Además, con estos problemas fomentamos el que los alumnos aprovechen las horas de tutoría de las que disponen, ya que en muchas ocasiones sólo las utilizan en días antes del examen.

En las prácticas de laboratorio se propondrán cuestiones para desarrollar en el Laboratorio de Electrónica y en la Sala de Ordenadores. Debido a que un número amplio de alumnos compaginan los estudios con el trabajo, la asistencia será voluntaria, dando la oportunidad a aquellos que lo crean conveniente reducir su asistencia a enseñar los resultados de las prácticas con el profesor (el cual le hará una serie de cuestiones sobre la realización), las cuales habrán sido realizadas por cuenta del alumno con sus medios. Con esta medida se trata de evitar problemas de incompatibilidad de horarios y no forzar a la asistencia a alumnos que vayan adelantados. Para esto, los boletines de todas las prácticas estarán a disposición del alumno al comienzo del curso. Las prácticas se realizarán por grupos, cuya composición vendrá determinada por el número de alumnos y capacidad del laboratorio, pero preferentemente se tratará de que estos grupos sean individuales o en parejas.

EXÁMENES Y EVALUACIÓN:

• Fecha de examen recomendada: Junio.
• Criterios de evaluación: La evaluación del alumno se realizará según dos criterios: la entrega de las memorias de las prácticas realizadas, y un examen basado tanto en los contenidos del programa teórico-práctico como en los de laboratorio de la asignatura. Dicho examen constará de varias cuestiones, cuya puntuación vendrá determinada en el examen. Será REQUISITO FUNDAMENTAL para poder aprobar la asignatura alcanzar una calificación de aprobado como mínimo. También se contará con la nota de las prácticas en la nota global siempre y cuando se contesten a las preguntas del examen correspondientes a los contenidos de este programa.

BIBLIOGRAFÍA:

Entre la bibliografía referente al contenido teórico de la asígnatura podemos encontrar los siguientes libros:

Además del material ya incluido en los enlaces anteriores (transparencias de cada tema y material de prácticas), se incluye el siguiente material.

• Transparencias del curso (en los enlaces de cada tema)
• Enunciados de problemas (pdf)
• Soluciones de problemas (pdf)
• Material de prácticas (en el enlace del programa de prácticas)

Otros materiales de ayuda para la docencia:

• Manuales acerca de Electrónica, Hardware del PC, Automatización y control y Redes Industriales. Servidor eya.swin.net
• Transparencias sobre Electrónica Digital. (Srinvis Devadas)
• Transparencias sobre Electrónica Digital (Korea)
• Estructuras de Computación
• Teoria de Ciencias del Computador
• Página de I.T.I. Especialidad Electrónica

Enlaces relacionados con la Arquitectura de Computadores

• Transparencias del libro Principles of Computer Architecture