
Diseño de Sistemas Digitales
Código: 107889Créditos: 6
| Titulación | Tipo | Curso |
|---|---|---|
| Ingeniería Informática | FB | 1 |
Profesor/a de contacto
- Nombre :
- Mercedes Rullan Ayza
- Correo electrónico :
- mercedes.rullan@uab.cat
Equipo docente
- Joaquín Saiz Alcaine
- Jorge Sacristan Riquelme
- David Castells Rufas
- Lluís Antoni Terés Terés
- Isaac Martinez Sabate
Idiomas de los grupos
Puede consultar esta información al final del documento.
Prerrequisitos
No existen prerrequisitos formales pero se recomienda haber cursado y aprobado la asignatura de Fundamentos de Computadores de primer curso, primer semestre.
Objetivos
- El objetivo de la asignatura es que los estudiantes comprendan el papel que los sistemas digitales juegan en el mundo de la tecnología informática y las comunicaciones (TIC) por lo general sean capaces de diseñar e implementar circuitos digitales de complejidad media-baja utilizando puertas lógicas y dispositivos reconfigurables y entiendan que un computador no es sino un sistema digital de cierta complejidad.
- Se abordan metodologías basadas en arquitecturas “Unidad de Proceso – Unidad de Control (UP-UC)” para resolver sistemas digitales de cierta complejidad introduciendo los conceptos básicos de estas arquitecturas tanto en su versión “cableada” (UP-UC hecha con puertas y bloques lógicos) como “microprogramada” +UC
- En la tercera parte de la asignatura se presentan los conceptos de base sobre arquitectura de computadores y se aborda el diseño de un procesador de código abierto (RISC-V) a partir de su repertorio de instrucciones básico y aplicando las estrategias y metodologías de diseño de las arquitecturas UP-UC anteriores. De este procesador se implementa tanto la versión microprogramada (RVuabM) como la versión cableada (RVuabC) y se analizan las principales diferencias en coste/prestaciones de ambas propuestas. Acabamos planteando una versión pipeline (RVuabPL) como solución óptima y más habitual empleada en los procesadores actuales.
Resultados de aprendizaje
- KM08 (Reconocer los distintos bloques que constituyen los computadores, así como su funcionamiento interno) Reconocer los distintos bloques que constituyen los computadores, así como su funcionamiento interno
- SM08 (Determinar la arquitectura básica del computador, sus unidades funcionales y sus fundamentos teóricos de programación) Determinar la arquitectura básica del computador, sus unidades funcionales y sus fundamentos teóricos de programación
Contenidos
Bloque 1. Circuitos secuenciales (CS)
- Máquinas de Moore y Mealy.
- Máquinas de estados finitos (MEF). Definición formal. Implementación y tiempo de respuesta.
- Nociones básicas de System Verilog (SV). Ejemplos de descripción de una MEF en SV.
- Síntesis de Circuitos secuenciales desde algoritmo.
Bloque 2. Arquitectura Unidad de Proceso-Unidad de Control (UP-UC)
- Arquitectura Unidad de Proceso (UP) - Unidad de Control (UC).
- UP con multiplexores y con buses.
- Unidad de Control con secuenciador basada en una ROM.
Bloque 3. Diseño de un procesador RISC-V
- Estructura y conceptos de base de un computador:
- Unidades funcionales básicas (CPU, Memoria, E/S y Buses)
- Repertorio y tipos de instrucciones (visión del programador de lenguaje máquina)
- Operativa del procesador y modos básicos de direccionamiento
- Arquitecturas Von Neumann vs Harvard y CISC vs RISC
- Diseño de un procesador RISC-V de código abierto: desde el repertorio de instrucciones (RV32I) hasta su implementación como arquitectura UP-UC de propósito general:
- Implementación micro-programada (RVuabM)
- Implementación cableada o monociclo (RVuabC)
- Planteamiento de la versión pipeline (RVuabPL)
Actividades formativas y Metodología
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Estudio autónomo | 40 | 1,6 | KM08, SM08 |
| Pràcticas de laboratorio | 12 | 0,48 | KM08, SM08 |
| Preparación y resolución de ejercicios | 16 | 0,64 | KM08, SM08 |
| Clases de problemas | 30 | 1,2 | KM08, SM08 |
| Estudio de casos | 12 | 0,48 | KM08, SM08 |
| Visualización de los videos | 12 | 0,48 | KM08, SM08 |
| Trabajo complementario de pràcticas | 10 | 0,4 | KM08, SM08 |
- La asignatura se organiza en tres bloques. Los materiales que se ofrecen a través del Campus Virtual incluyen una serie de vídeos que el alumnado debe visualizar antes de asistir a clase y que contiene los conocimientos teórico-prácticos necesarios para el diseño de sistemas digitales, ejercicios interactivos de corrección automática y un entorno de simulación de sistemas digitales.
- La asignatura se imparte en modalidad "problemas de aula". Todas las clases presenciales se tratan como sesiones basadas en problemas y se dedican a la resolución de cuestiones y dudas de los vídeos, y de casos propuestos por el profesorado o por el alumnado. Es fundamental la participación activa del alumnado en estas clases; no se trata de clases convencionales "de teoría". Tienen lugar en grupos reducidos (del orden de 30-40 estudiantes), condición indispensable para conseguir el grado de interactividad necesario en una asignatura de carácter eminentemente práctico y aplicado.
- La asignatura se completa con tres prácticas de laboratorio estructuradas en dos sesiones cada una. Durante la primera sesión, el estudiantado lleva a cabo el trabajo de simulación y validación de los circuitos diseñados; en la segunda sesión, el diseño se vuelca sobre una FPGA para verificar su ejecución real. Cada sesión acoge un máximo de 20-25 estudiantes que trabajan en grupos de 2 y tiene una duración de 2 horas.
- Las tutorías podrán ser individuales o en pequeños grupos y se realizarán a demanda y en coordinación entre cada profesor/a y los estudiantes. También podrá haber tutorías colectivas que podrá proponer el equipo docente, pero éstas requerirán el envío previo al foro correspondiente del Campus Virtual (CV) de aquellas preguntas concretas sobre conceptos o ejercicios que sea necesario resolver para que el profesorado pueda planificar y realizar adecuadamente la tutoría.
Evaluación
Actividades de evaluación continuada
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Dos pruebas parciales y/o examen final | 50% | 8 | 0,32 | KM08, SM08 |
| Entrega de problemas periódicos | 20% | 10 | 0,4 | KM08, SM08 |
| Pràcticas de laboratorio | 30% | 0 | 0 | KM08, SM08 |
Esta asignatura no contempla el sistema de evaluación única.
a) Proceso y actividades de evaluación programadas.
- Dos pruebas parciales a realizar individual y presencialmente, en un entorno controlado y en formato escrito. Estas pruebas parciales evalúan el conocimiento adquirido por el alumnado y su capacidad de resolver problemas diseñando circuitos digitales adecuados y eficientes.
- Resolución de ejercicios: comprende un conjunto de ejercicios on-line, con corrección automática, que el alumnado debe entregar en unas fechas previamente especificadas. Actividad individual.
- Visualización de los vídeos antes de asistir a clase.
- Actividades en las que el alumnado debe demostrar las competencias adquiridas durante el desarrollo de las prácticas de laboratorio (asistencia obligatoria). Actividad en grupo de 2 estudiantes.
La nota del curso obtenida por evaluación continua (AC) se calcula a partir de:
- (actividad 1) La media de las notas obtenidas en las dos pruebas parciales (PP1 y PP2),
- (actividades 2 y 3) la entrega de ejercicios y la visualización de los vídeos (Pb),
- (actividades 4) la nota de las actividades evaluables de prácticas (PL)
de acuerdo con la fórmula: AC = PP · 0,5 + Pb · 0,2 + PL · 0,3
donde, PP = (PP1+PP2)/2
Para aprobar el curso por evaluación continua deben cumplirse las siguientes condiciones:
- AC ≥ 5,
- PP1 y PP2 ≥ 4 (cada una de ellas), y PP ≥ 5.
- PL ≥ 5.
Para reprogramar una actividad de evaluación en la Escuela de Ingeniería de la UAB por causas justificadas (motivos médicos graves, judiciales u oficiales) permite realizar una solicitud de reprogramación de actividades de evaluación. Este trámite debe realizarse dentro de los 5 días naturales anteriores a la fecha de la prueba o hasta 5 días naturales posteriores a ésta.
b) Programación de actividades de evaluación
- Las fechas de las pruebas de evaluación y de la entregade ejercicios se publican al inicio del curso en elCampus Virtual (CV) y en la web de la Escuela (apartado de exámenes), y pueden estar sujetas a cambios de programación a causa de situaciones imprevistas. Cualquier modificación de éstas se avisará a través de estas vías y plataformas.
- Es importante puntualizar que no se realizará ningún examen a ningún estudiante fuera de los días programados al efecto, salvo que concurran causas justificadas que se hayan informado antes de la fecha prevista, y con el consentimiento del profesor, y la aceptación del equipo docente.
c) Proceso de recuperación
La actividad 1 de evaluación correspondiente a la parte más conceptual y de problemas de aula puede recuperarse en la prueba final.
- Si la nota obtenida en una de las pruebas parciales PP1 o PP2 es < 4, debe superarse esta calificación presentándose a un examen de recuperación del parcial correspondiente. Para poder aplicar la fórmula (que tiene en cuenta los parciales, evaluables y prácticas), la nota obtenida en esta recuperación debe ser ≥ 5
- Si la nota obtenida respectivamente en los 2 parciales es < 4, el estudiante debe presentarse a un nuevo examen que incluirá toda la materia. La nota obtenida será la nueva nota PP, que debe ser ≥ 5 para poder aplicar la fórmula (que tiene en cuenta los parciales, evaluables y prácticas).
Un estudiante que tenga aprobado un parcial o incluso esté aprobado por evaluación continua puede volver a presentarse en la recuperación. La nota final será la obtenida en esta recuperación, sea mejor o peor que la anterior.
Las actividades 2 y 3 (entrega de ejercicios y visualización de los vídeos) que corresponde a un 20% de la nota final no se pueden recuperar. La actividad 4 correspondiente a las prácticas delaboratorio tampoco puede recuperarse.
Si finalmente PP<5 o PL<5, la nota final de la asignatura será el valor más bajo entre la nota AC y 4,5.
d) Procedimiento de revisión de las calificaciones
Las notas de las actividades de evaluación se publican en el CV. Se informará del procedimiento de revisión una vez publicadas las notas y normalmente consistirá en establecer un plazo para que los estudiantes soliciten la revisión y en función de las peticiones recibidas se informará al alumnado sobre la fecha y plazo concreto para realizar la revisión. Si el estudiante no sigue el procedimiento establecido en la revisión o no se presenta en la revisión no se revisará posteriormente esta actividad. La revisión de cualquier prueba puede suponer tanto una mejora como un empeoramiento de la nota correspondiente, dependiendo de la interpretación revisada que se realice de la prueba.
e) Calificaciones especiales
- Se evaluará con un "no evaluable" al estudiante que no haya participado en ninguna prueba de evaluación o prácticas de laboratorio.
- Para obtener una "matrícula de honor (MH)" la nota final obtenida por el estudiante debe ser ≥ 9,0. Sin embargo, dado que el número de MHs no puede exceder del 5% del número de estudiantes matriculados en la asignatura, esta condición no es suficiente y, por tanto, las MHse asignarán a los estudiantes que hayan obtenido las calificaciones más altas, respetando la regla anterior de nota ≥ 9,0.
f) Consecuencias de las irregularidades cometidas por los estudiantes: copia y plagio,...
Sin perjuicio de otras medidas disciplinarias que se estimen oportunas, y de acuerdo con la normativa académica vigente, las irregularidades cometidas porun/a estudiante que puedan conducir a una variación de la calificación en una actividad evaluable se calificarán con un cero (0). Las actividades de evaluación calificadas de esta forma y por este procedimiento no serán recuperables. Si es necesario superar cualquiera de estas actividades de evaluación para aprobar la asignatura, esta asignatura quedará suspendida directamente,sin oportunidad de recuperarla en el mismo curso. Estas irregularidades incluyen, entre otras:
• la copia total o parcial de una práctica, informe, o cualquier otra actividad de evaluación;
• dejar copiar;
• presentar un trabajo de grupo no realizado íntegramente por los miembros del grupo (aplicado a todos los miembros, no sólo a los que no han trabajado);
• uso no autorizado de la IA (p. ej., Copiloto, ChatGPT o equivalentes) para resolver ejercicios, prácticas y/o cualquier otra actividad evaluable;
• presentar como propios materiales elaborados por un tercero, aunque sean traducciones o adaptaciones, y por lo general trabajos con elementos y aportaciones no originales y exclusivos del estudiante;
• tener dispositivos de comunicación (como teléfonos móviles, smart watches, bolígrafos con cámara, etc.) accesibles durante las pruebas de evaluación individuales o colectivas (exámenes);
• hablar con compañeros durante las pruebas de evaluación individuales (exámenes);
• copiar o intentar copiar de otros alumnos durante las pruebas de evaluación teórico-prácticas (exámenes); - usar o intentar utilizar escritos relacionados con la materia durante la realización de las pruebas de evaluación teórico-prácticas (exámenes), cuando éstos no hayan sido explícitamente permitidos.
Uso restringido de la IA: para esta asignatura, se permite el uso de tecnologías de Inteligencia Artificial (IA) exclusivamente en tareas de apoyo, como la búsqueda bibliográfica o de información. El estudiante deberá identificar claramente qué partes han sido generadas con esta tecnología, especificar las herramientas empleadas e incluir una reflexión crítica sobre cómo éstas han influido en el proceso y el resultado. La no transparencia del uso de la IA en la actividad evaluable se considerará falta de honestidad académica y puede acarrear una penalización parcial o total en la nota de la actividad, o sanciones mayores en casos de gravedad.
En futuras ediciones de esta asignatura, al alumnado que haya cometido irregularidades en un acto de evaluación no se le convalidará ninguna de las actividades de evaluación realizadas.
En resumen: copiar, dejar copiar o plagiar (o el intento de) en cualquiera de las actividades de evaluación equivale a un SUSPENSO, no compensable y sin convalidaciones de partes de la asignatura en cursos posteriores.
g) Evaluación de los estudiantes repetidores
Los estudiantes que realizaron y aprobaron las prácticas de laboratorio el año anterior, pero que suspendieron la asignatura, pueden optar por no repetir las prácticas el curso actual. En este caso, la nota de prácticas (PL) será un 5, independientemente de la nota obtenida en el curso anterior. La lista de estudiantes que pueden elegir no realizar las prácticas se publica en el CV al principio del curso. Si, sin embargo, un estudiante quiere repetir las prácticas, deberá informar vía correo electrónico al profesor responsable de las prácticas y en este caso se quedará con la nota más reciente de estas prácticas.
Si un estudiante ha cometido irregularidades (copias/plagio) en alguna actividad de evaluación en una convocatoria anterior de la asignatura no tendrá derecho a que se le convaliden las prácticas (si las tuviera aprobadas).
Bibliografía
- Apuntes de la asignatura realitzados por el profesorado.
- Digital Design and Computer Architecture, RISC-V Edition. S. Harris, D. Harris. 1ª Edition 2021. Paperback ISBN 9780128200643; ebook ISBN 9780128200650
- The RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas. D. Patterson, A. Waterman. ISBN-10, 0999249118. 2017
- Computer Organization and Design RISC-V Edition: The Hardware Software Interface. D.A. Patterson, J. L. Hennessy. 2021
- Digital Systems: From Logic Gates to Processors. Deschamps JP, Valderrama E, Terés L. Springer 2017. ISBN 978-3-319-41198-9.
- Coursera MOOC (español): https://www.coursera.org/learn/sistemas-digitales
- Coursera MOOC (inglés): https://www.coursera.org/learn/digital-systems
- Exercicis resolts de Disseny Digital. Joan Pons, Dani Bardés, Diego Mateo i Josep Altet. ISBN: 9798334549364. 1ª edició 2024.
- Complex Digital Systems. Deschamps JP, Valderrama E, and Terés L. Springer 2019. ISBN 978-3-030-12652-0.
Software
Para realizar las prácticas utilizaremos el software para FPGAs de Altera: Quartus II 13.0 sp1 web edition.Los alumnos tendrán que instalar este software, que no requiere ningún tipo de licencia.
Grupos e idiomas de la asignatura
La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura
| Tipo de docencia | Grupo | Idioma | Semestre | Turno |
|---|---|---|---|---|
| (PAUL) Prácticas de aula | 411 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 411 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PAUL) Prácticas de aula | 412 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 412 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 413 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 414 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 415 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 416 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 417 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 418 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 419 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PLAB) Prácticas de laboratorio | 420 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PAUL) Prácticas de aula | 431 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PAUL) Prácticas de aula | 432 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PAUL) Prácticas de aula | 451 | Catalán/Español | segundo cuatrimestre | manaña-mixto |