Sistemas Digitales

Esta es una asignatura que en el plan de estudios se clasifica como vinculada a una materia básica de la rama de ingeniería informática. Se trata de una materia introductoria en el contexto de la titulación y la primera del módulo Ingeniería de Computadores que cursan los alumnos. el objetivo básico es proporcionar conocimientos básicos y habilidades de diseño para estudiar otras materias del módulo. Se estudiarán las bases matemáticas, los dispositivos electrónicos y los procesos involucrados en el diseño de sistemas digitales, y que sentarán las bases para el estudio del computador como sistema digital que o alumno verá más adelante en diferentes materias.

BLOQUE I. INTRODUCCIÓN

• Tema 0. Introducción de la disciplina
Objetivos generales de la disciplina Sistemas Digitales. Contexto de la materia en el plan de estudos. Breve explicación del programa de la asignatura.

Este tema es importante para entender cómo se desarrollará la asignatura durante el curso para así saber organizarse desde el principio. Y para conocer su utilidad.

• Tema 1. Introducción a los sistemas digitales
Conceptos de sistema digital combinacional y secuencial. Diseño y análisis estructurado de sistemas digitales. El computador desde la perspectiva estructural. Computadores Von Neumann.

En este tema se explican conceptos introductorios sencillos, pero fundamentales para entender el resto de la asignatura. Es importante para saber qué se estudia en la asignatura.

• Tema 2. Sistemas de numeración, aritmética y códigos
Sistemas de representación numérica de números enteros. Conversión entre bases. Operaciones aritméticas en binario. Códigos BCD, exceso a 3 y alfanuméricos. Códigos detectores y correctores de error.

En este tema se trata un elemento fundamental para poder diseñar un sistema digital: cómo codificar la información y operar con esa codificación. Durante el curso se necesitarán continuamente estos conocimientos.

BLOQUE II: SISTEMAS DIGITALES COMBINACIONALES

• Tema 3. Análisis y síntesis de circuitos lógicos combinacionales
Operaciones lógicas básicas. Principios del álgebra de Boole. Puertas lógicas. Funciones de conmutación. Síntesis de circuitos lógicos combinacionales. Simplificación de funciones de conmutación.

En este tema se presentan los elementos básicos y herramientas matemáticas para poder construir cualquier función digital e hacerlo del modo más sencillo posible. Sin dominar este tema es imposible superar los siguientes.

• Tema 4. Lógica combinacional modular
Diseño y utilización de módulos combinacionales básicos: Codificadores y decodificadores. Conversores de código. Multiplexores y demultiplexores. Circuitos aritméticos y lógicos: comparadores, sumadores/restadores. ALU. Síntesis de funciones mediante módulos combinacionales.

Este tema explica cómo diseñar y utilizar módulos combinacionales sencillos a partir de los conocimientos desarrollados en el tema anterior. Es fundamental para aprender a utilizar bloques combinacionales eficientemente en diseños de cierta complejidad.

BLOQUE III. SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES

• Tema 5. Sistemas secuenciales
Concepto de estado. Diagrama de estados. Sistemas síncronos y asíncronos. Biestables. Modelos de sistemas secuenciales síncronos: máquinas de Mealy y de Moore. Sistemas síncronos incompletamente especificados. Procedimiento de diseño y simplificación de sistemas secuenciales síncronos.

Este tema trata sobre el procedimiento para diseñar sistemas secuenciales de modo sencillo y eficiente. Hay que dominarlo para saber diseñar cualquier sistema secuencial.

• Tema 6. Lógica secuencial modular
Diseño de módulos secuenciales: Registros, Contadores, Generadores de secuencias. Tipos básicos de memorias. Tipos de dispositivos lógicos programables (PLDs): características.

En este tema se aprende a identificar como sistemas secuenciales algunos circuitos conocidos popularmente, a diseñarlos a partir de los conocimientos del tema anterior, y a utilizarlos en diseños más complejos. Permite conocer circuitos que se mencionarán y utilizarán continuamente a lo largo de la titulación.

Toda la asignatura se puede seguir por los libros de la bibliografía básica. En particular:
Tema 1. Capítulos 1 de [Floyd, 00] e 0 de [Nelson, 96].
Tema 2. Capítulo 1 de [Nelson, 96].
Tema 3. Capítulo 2 de [Nelson, 96].
Tema 4. Capítulo 4 de [Nelson, 96].
Tema 5. Capítulos 9 de [Nelson, 96] y 7 de [Lloris, 03].
Tema 6. Capítulos 9 de [Nelson, 96] y 8 de [Lloris, 03].

Básica
[Nelson, 96] Nelson, V.P., Tagle ,H.T., Carrol, B.D. y Irwin, J.D. Análisis y diseño de circuitos lógicos digitales. Prentice-Hall hispanoamericana, 1996. ISBN: 968-880-706-0.
[Floyd, 15] Floyd, Thomas. Digital Fundamentals. Undécima edición. Financial Times Prentice Hall, 2015. ISBN: 978-0132737968, 0133514897.
[Lloris, 03] Lloris, Antonio, Prieto, Alberto y Parrilla, Luis. Sistemas digitales. McGraw-Hill, 2003. ISBN: 8448121465

Complementaria
[Mano, 05] Mano, M. y Kime, Charles. Fundamentos de Diseño Lógico y de Computadoras, 3ª edición, Pearson Educación, 2005. ISBN: 84-205-4399-3.

Libros de problemas
[García, 12] García Zubía, J., Problemas Resueltos de Electrónica Digital. Universidad de Deusto, 2012. ISBN: 9788498303506.

Las presentaciones utilizadas por el profesor durante las clases también serán proporcionadas a los estudiantes.

Las competencias globales que el alumno adquirirá al cursar esta materia desarrollan parcialmente las CG4, CG8 y CG9 y son las siguientes (ver páginas 20-28 de la Memoria GREI en www.usc.es/etse/info).
También se desarrollan parcialmente las competencias TR1 y TR2 y FB3 y FB5.
Sistemas Digitales es una asignatura del Módulo de Ingeniería Informática (ver página 54 de Memoria GREI) y desarrolla las siguientes competencias y resultados del aprendizaje de dicho módulo:
- Conocer las bases matemáticas y los dispositivos electrónicos involucrados en el diseño de sistemas digitales y que sentarán las bases para el estudio del computador como sistema digital que el alumno verá más adelante en diferentes asignaturas.

Las clases se dividen en clases de teoría en grupo grande y clases en grupos reducidos que se dedicarán al aprendizaje basado en problemas, y a realizar prácticas de diseño y simulación de circuitos digitales.

Las clases de teoría permiten encauzar la asignatura y guiar su estudio. En ellas se explica la dinámica de trabajo y, en general, están destinadas a la introducción de los fundamentos básicos asociados a la asignatura, que se presentan en orden de complejidad creciente y utilizando como apoyo la pizarra y presentaciones en soporte electrónico. Para cada tema se indica el material de apoyo para que el alumno pueda realizar un trabajo de estudio autónomo fuera del aula que le permita avanzar a un ritmo adecuado en la asignatura: material elaborado por el profesor, capítulos de libros de la bibliografía, artículos científicos,... No hay apuntes de la asignatura.

Las clases en grupos reducidos permiten profundizar en los conceptos que se introducen en las clases de teoría, y facilitan la participación activa de los estudiantes, tanto a través de la interacción entre alumnos como entre los alumnos y el profesor. Permiten al profesor detectar los puntos más débiles en los conocimientos y habilidades de los alumnos para poder así superarlos. Se dedican a la resolución de problemas y la realización de prácticas de diseño y tests en el aula de informática. Estas clases requieren un trabajo previo fuera de aula. Estos serán realizados inicialmente en papel y a continuación se pasará a la realización del diseño y simulación mediante una herramienta software de simulación de circuitos digitales. La simulación de diseños mediante herramientas software permite que, reproduciendo el comportamiento de los sistemas reales, en pocas horas de prácticas se puedan simular gran número de diseños de cierta complejidad.

A través del espacio destinado para la asignatura en el campus virtual de la USC se proporciona el material de trabajo. De este modo los alumnos tienen a su disposición antes de las clases en que se trabajan, entre otro material, los enunciados de problemas y prácticas además de las presentaciones de introducción a los contenidos teóricos que el profesor utilice durante las clases expositivas.

En lo que se refiere a las competencias básicas CG4, CG8 y CG9, se desarrollan a lo largo de toda la asignatura. La CG9 de manera específica durante las clases en grupos reducidos.

En relación con las competencias transversales, las competencias desarrolladas son TR1 (competencias instrumentales) y TR2 (competencias personales), las cuales se desarrollan durante las clases en grupos reducidos. La competencia TR1 se desarrolla fundamentalmente durante las sesiones de prácticas en que los alumnos deben defender las prácticas mediante una explicación oral de los diseños de sistemas digitales realizados. La competencia TR2 se desarrolla fundamentalmente a través de trabajo que debe realizarse en grupo.

En cuanto a las capacidades FB3 e FB5, se trabajan a lo largo de toda la asignatura, ya que se esta es una asignatura introductoria al diseño de sistemas informáticos. Tanto las clases expositivas como las interactivas se organizan a través de ejemplos de diseño de sistemas digitales de complejidad creciente.

EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS:
Las competencias CG4 y CG9 se evalúan a partir del trabajo desarrollado en grupos reducidos. Se evalúan de manera individual diferentes prácticas de diseño realizadas en grupo, mientras que la CG8 se evalúa a través del examen final y de los tests de evaluación de la docencia en grupos reducidos.

Las competencias TR1 y TR2 se evalúan a través de la evaluación continua de la docencia en grupos reducidos. La evaluación se realiza por grupos de mayor o menor tamaño dependiendo de la tarea. Se realiza una evaluación de las tareas en grupo de manera conjunta fomentando la responsabilidad conjunta sobre el trabajo realizado.

En cuanto a las competencias FB3 y FB5 se evalúan tanto a través de la docencia en grupos reducidos como en el examen final.

REQUISITOS PARA APROBAR LA MATERIA EN CUALQUIER CONVOCATORIA:
• Para aprobar la asignatura será imprescindible obtener la mínima puntuación de aprobado tanto en la parte de evaluación continua como en la del examen con al menos un 5 sobre 10 en cada una de ellas.

La calificación final se calcula como:
• 60% de la calificación se evalúa mediante un único examen de teoría.
• El 40% restante de la calificación se obtiene de la evaluación continua, de la que solamente se puede realizar evaluación durante el transcurso del cuatrimestre y, por tanto, de la que no se puede realizar evaluación en la segunda oportunidad de julio.

EVALUACIÓN CONTINUA: La evaluación continua evalúa el trabajo relacionado con las clases en grupos reducidos. Los problemas, las prácticas de la asignatura y los tests de evaluación que están incluidos en esta evaluación continua, solamente se podrán realizar, entregar y aprobar durante el transcurso del cuatrimestre.

Para la evaluación continua durante el curso se tendrá en cuenta el trabajo presencial y personal del alumno. Se establecerán fechas límite para la realización de los trabajos, problemas y prácticas propuestos. En el caso de las prácticas el profesor propondrá boletines de prácticas durante el curso que estarán disponibles en el campus virtual. En el momento de hacerlos públicos se fijará la fecha límite de realización de cada boletín. El alumno tendrá que ir realizándolas en las clases interactivas con el trabajo fuera del aula que sea necesario. La evaluación consistirá, dependiendo de las prácticas, en realizar un examen tipo testo en mostrar al profesor el diseño realizado y el funcionamiento de las prácticas que el profesor indique.

Para aprobar la evaluación continua es obligatorio cumplir:
- La asistencia a por lo menos un 80% de las sesiones de docencia en grupos reducidos siendo obligatoria la asistencia a las dos primeras sesiones de prácticas.
- Entregar satisfactoriamente todos los trabajos y las prácticas obligatorios teniendo una nota mínima de aprobado.
- Que por lo menos el 75% de los trabajos y prácticas obligatorios se entreguen dentro de los plazos establecidos.
El alumno que no cumpla estas condiciones suspenderá la evaluación continua.

No existe otra modalidad para aprobar la parte de la asignatura correspondiente a la evaluación continua. Si el alumno la suspende no podrá superar esta parte de la asignatura hasta la siguiente convocatoria, es decir, no podrá evaluarse de ella en la convocatoria extraordinaria de Julio.

EVALUACIÓN DE LA ASISTENCIA A CLASE
Para superar la evaluación continua se establecen criterios de asistencia a las clases en grupos reducidos. Si las faltas se producen por motivos justificados y debidamente acreditados, se podrá recuperar la clase asistiendo a la clase de otro grupo.

El control de asistencia a clases en grupos reducidos lo realizará el profesor mediante hojas de firmas.

CONDICIÓN DE NO PRESENTADO
Se obtendrá la calificación de “no presentado” cuando se cumpla:
- En la parte de evaluación continua no haber entregado al menos el 50% de las prácticas/trabajos en los plazos que fije el profesor y no asistir al examen de teoría.

ALUMNO REPETIDOR
El alumno que no curse la asignatura por primera vez tendrá que cumplir los mismos requisitos que el resto de alumnos y que se detallan en los párrafos anteriores. Si el alumno ha aprobado la evaluación continua en convocatorias anteriores, deberá ponerse en contacto con el profesor ya que no tiene la obligación de evaluarse de ella.

Para superar la materia requieren 6 créditos de trabajo por parte del alumno (ECTS). Considerando créditos de 25 horas, esto supone un total de 150 horas que se distribuyen así:
•Clases magistrales: 15 horas presenciales + 24,5 horas de estudio autónomo por parte del alumno
•Sesiones de Prácticas en grupos reducidos: 25 horas presenciales de prácticas + 37,5 horas de trabajo asociado a las prácticas o realización de trabajos y resolución de problemas
•Resolución de problemas y seminarios en grupos reducidos: 10 horas presenciales + 15 horas de trabajo por parte del alumno.

La constancia en el estudio y el trabajo así como una escrupulosa preparación de los ejercicios y prácticas son las claves para estudiar la asignatura. Es muy importante para que resulte sencillo que el diseño de sistemas digitales se aborde de forma continuada y gradual desde principio de curso. La realización concienzuda de las prácticas de diseño y los problemas permitirán que los conceptos se vayan afianzando e que se puedan abordar diseños cada vez más complicados sin gran esfuerzo.

La asignatura se impartirá en castellano