Fundamentos de Tecnología de Computadores Fundamentals of Computer Technology Grados en Ingeniería Informática Ingeniería de Computadores Sistemas de Información Universidad de Alcalá Curso Académico 2015/2016

Primer Curso – Primer Cuatrimestre

GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Código:

Fundamentos de Tecnología de Computadores 780002

Titulación en la que se imparte:

Grado en Ingeniería Informática Grado en Ingeniería de Computadores Grado en Sistemas de Información

Departamento y Área de Conocimiento:

Automática. Arquitectura y Tecnología de Computadores.

Carácter: Créditos ECTS:

Básica 6

Curso y cuatrimestre:

Primer curso, primer cuatrimestre José Antonio de Frutos Redondo Rosa Estriégana Valdehita Álvaro Perales Eceiza

Profesorado:

Idiomas de impartición:

Español e Inglés

1. PRESENTACIÓN La asignatura Fundamentos de Tecnología de Computadores es una materia de formación básica con seis créditos que se imparte en el primer curso del Grados en Ingeniería Informática, Ingeniería de Computadores y Sistemas de Información. El objetivo fundamental de la asignatura es la comprensión del funcionamiento a nivel básico de un computador. Con este propósito se estudia el procesamiento de datos binarios (bits) a diferentes niveles de abstracción: desde puertas lógicas a dispositivos electrónicos básicos, con una introducción a las unidades funcionales a nivel arquitectónico. Supone por lo tanto un aprendizaje esencial para el alumno independientemente de su perfil profesional y su contenido tiene una relación estrecha con gran parte de las asignaturas del Plan de Estudios. Por último, es importante señalar que la tecnología utilizada en la construcción de los computadores actuales está sujeta a continua evolución y es objeto de intensa investigación por todo el mundo, en particular por las grandes compañías que construyen microprocesadores. La asignatura da también una visión general sobre las posibles tecnologías de futuro (computación óptica, computación cuántica, etc.)

2. COMPETENCIAS Competencias genéricas: 2

1. Explicar en términos de sistemas las características y componentes fundamentales del hardware de los ordenadores, de las telecomunicaciones y del software del sistema, y explicar cómo esos componentes interactúan [IS-ITHSS62]. 2. Proporcionar una introducción a los dispositivos periféricos y sus características. ISITHSS63. 3. Comprender los conceptos de arquitecturas hardware. IS-ITHSS64, CE-CA00. 4. Comprender diferentes sistemas de representación numérica y la aritmética de los mismos. Realizar funciones lógicas con redes de puertas lógicas y simplificar los circuitos asociados CE-DIG1, CE-DIG2, CE-AR2. 5. Analizar y diseñar redes lógicas combinacionales. Analizar máquinas síncronas y asíncronas. CE-DIG4, CE-DIG5.

el comportamiento de

6. Aplicar los principios de diseño de sistemas digitales. CE-DIG6. 7. Describir los elementos fundamentales de la estructura de los computadores y las bases lógico-matemáticas en las que se sustentan. Competencias específicas: 1. Comprender la organización de la Arquitectura Von Neumann y sus unidades funcionales. 2. Explicar el ciclo de ejecución de una instrucción. 3. Operar lógica y aritméticamente con números binarios. 4. Analizar y sintetizar circuitos combinacionales. Obtener la función lógica a partir de las especificaciones de un problema, simplificarla, y diseñar el circuito digital que la realiza. 5. Analizar y sintetizar circuitos secuenciales. Obtener las tablas de estados a partir de las especificaciones de un problema, hallar y simplificar las funciones lógicas de las conexiones entre biestables, y diseñar el circuito correspondiente. Diseñar contadores síncronos y asíncronos. 6. Explicar el concepto de jerarquía de memorias. Entender el funcionamiento de una memoria y los diferentes tipos que existen.

3. CONTENIDOS

Bloques de contenido

Horas y créditos

1. Introducción  Niveles de abstracción en el estudio de un computador y relación con las demás asignaturas del plan de estudios.  Evolución histórica de los computadores.

 

3 horas teoría 2 horas laboratorio

 Arquitectura Von Neumann y ejecución de instrucciones.  Lenguajes de programación.

0.5 ECTS

 Rendimiento.

3

2. Bases y Sistemas de numeración  Binario puro, signo magnitud, complemento a 1 y complemento a 2.  Hexadecimal.

 

 Operaciones aritméticas en diferentes sistemas de

5 horas teoría 2 horas laboratorio 1 ECTS

numeración.

3. Sistemas combinacionales  Introducción a los Sistemas Digitales.  Sistemas Operaciones lógicas y puertas lógicas.  Funciones lógicas, tablas de verdad y simplificación: Mapas de Karnaugh.

 

 Análisis y síntesis de circuitos combinacionales.

9 horas teoría 10 horas laboratorio 2 ECTS

 Circuitos combinacionales básicos: sumadores, decodificadores,

multiplexores.

4. Sistemas secuenciales  Biestables. Definición y tipos.

 

 Registros.

9 horas teoría 10 horas laboratorio

 Contadores. 1.5 ECTS

 Diseño de sistemas secuenciales.

5. Sistema de memoria  Jerarquía del sistema de memoria.  Funcionamiento de la memoria. Buses de direcciones, control y

 

4 horas teoría 6 horas laboratorio

datos. 1 ECTS

 Tipos y tecnologías de memorias.

Cronograma Se detallará en la página web de la asignatura al comienzo del curso.

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4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS Las actividades formativas se desarrollan en una asignatura de 6 créditos ECTS. En el proceso de enseñanza-aprendizaje de los contenidos se emplearán las siguientes actividades formativas:  Clases teóricas.  Clases prácticas: resolución de problemas.  Clases prácticas: laboratorio.  Tutorías: individuales y/o grupales. Además se podrán utilizar, entre otras, las siguientes actividades formativas:  Trabajos individuales o en grupo: realización, exposición y debate.  Asistencia a conferencias, reuniones o discusiones científicas relacionadas con la materia. Para que el alumno pueda alcanzar las competencias indicadas, las actividades en esta materia se distribuyen de la siguiente manera:  3 créditos teóricos basados en clases magistrales en las que los alumnos adquirirán los conocimientos teóricos sobre las competencias establecidas.  3 créditos prácticos dedicados a la resolución de problemas y actividades de laboratorio, en los que los alumnos completarán su formación para alcanzar las competencias establecidas.

4.1. Distribución de créditos

Número de horas presenciales:

Número de horas del trabajo propio del estudiante:

Total horas

28 horas en grupo grande 28 horas grupo pequeño (resolución de problemas, trabajo de la asignatura y laboratorio). 2 horas de examen 92 horas que incluyen entre otros el estudio de los conceptos teóricos, la realización de ejercicios de evaluación, el análisis y resolución de problemas, la realización del trabajo de la asignatura, preparación de prácticas y las tutorías. 150 horas

4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos La estrategia docente se basa en un modelo de aprendizaje reflexivo de conceptos así como su aplicación a la resolución de los problemas planteados. En los grupos grandes se combinará la clase magistral con la realización de problemas por parte del profesor y también por parte de los alumnos, con ejercicios y actividades tanto individuales como grupales. 5

Para los grupos pequeños y en el trabajo de laboratorio se propone una estrategia participativa y activa del alumno que favorezca el trabajo en equipo, el aprendizaje entre iguales, que enriquezca los conceptos de la teoría y ayude a verificar su evolución en el proceso de enseñanzaaprendizaje. En los trabajos de laboratorio se realizarán prácticas en las que los alumnos adquirirán destrezas en el montaje de circuitos combinacionales, secuenciales y de sistemas de memoria, así como en el uso de los equipos específicos para la simulación, la alimentación y medida de dichos circuitos. Podrán emplearse las Tecnologías de la Información y la Comunicación como apoyo a las actividades formativas (uso de Internet, foros y correo electrónico, materiales disponibles en las plataformas de aprendizaje, etc.).

5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación Preferentemente se ofrecerá a los alumnos un sistema de evaluación continua que tenga características de evaluación formativa, de manera que sirva de realimentación en el proceso de enseñanza-aprendizaje por parte del alumno. Para tal fin se establecen los siguientes procedimientos, criterios e instrumentos de evaluación así como los criterios de calificación. Procedimientos de evaluación El procedimiento de evaluación anual consta de dos convocatorias: una convocatoria ordinaria y una convocatoria extraordinaria. 1. CONVOCATORIA ORDINARIA La convocatoria ordinaria podrá ser realizada por evaluación continua o por evaluación final. Para optar a la evaluación final el estudiante tendrá que solicitarlo por escrito al decano o director de centro en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, explicando las razones que le impiden seguir el sistema de evaluación continua. En el caso de aquellos estudiantes que por razones justificadas no tengan formalizada su matrícula en la fecha de inicio del curso o del periodo de impartición de la asignatura, el plazo indicado comenzará a computar desde su incorporación a la titulación. El decano o director de centro deberá valorar las circunstancias alegadas por el estudiante y tomar una decisión motivada. Transcurridos 15 días hábiles sin que el estudiante haya recibido respuesta expresa por escrito a su solicitud, se entenderá que ha sido estimada.

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- Evaluación continua La evaluación continua consistirá en la realización y entrega de actividades de aprendizaje y evaluación distribuidas a lo largo del cuatrimestre. La nota de teoría se establecerá en base a la realización de tres pruebas teóricas a lo largo del curso, cada una de las cuales supondrá un tercio de la nota final de teoría. La nota de laboratorio se establecerá en base a la realización, entrega y defensa de las prácticas de laboratorio. Dichas prácticas son presenciales y obligatorias. Únicamente se podrá superar el laboratorio (y por tanto la asignatura) entregando las prácticas en las fechas previstas y siendo evaluado positivamente de las mismas. - Evaluación final Los alumnos que obtengan la autorización del Director del Centro para optar a la evaluación final serán calificados por medio de un único examen que constará de preguntas teóricas y ejercicios similares a los realizados a lo largo del curso y que supondrá el 100% de la nota de teoría de la asignatura. Para la realización de las prácticas de laboratorio, los alumnos que opten a la evaluación final deberán ponerse en contacto con los coordinadores de la asignatura durante las dos primeras semanas de clase para fijar las sesiones de evaluación de las mismas durante el primer cuatrimestre, requisito indispensable para aprobar la asignatura.

2. CONVOCATORIA EXTRAORDINARIA Aquellos alumnos que no hayan superado la convocatoria ordinaria podrán presentarse a la convocatoria extraordinaria que consistirá en un único examen con preguntas teóricas y ejercicios similares a los realizados a lo largo del curso y que supondrá el 100% de la nota de teoría de la asignatura.

Criterios de evaluación La evaluación de la adquisición de competencias tendrá en cuenta los siguientes criterios:  Dominio de los contenidos y conceptos básicos.  Aplicación de los contenidos en la resolución de los problemas y las prácticas propuestas  Interés y motivación en la realización de las tareas y prácticas.

La evaluación de las competencias adquiridas en las prácticas de laboratorio tendrá en cuenta los siguientes criterios:  Conocer cómo interactúan las diferentes unidades funcionales de un computador.  Saber utilizar la instrumentación básica del laboratorio, (multímetro, fuente de alimentación, etc.) así como realizar correctamente las conexiones de los diferentes componentes y circuitos integrados.

Instrumentos de Calificación. 7

  

Prácticas de laboratorio: Diseño y realización de diversos circuitos combinacionales y secuenciales. Trabajo de la asignatura: El profesor podrá proponer la realización de un trabajo sobre un tema relacionado con la asignatura y/o la participación en diversas actividades llevadas a cabo dentro y/o fuera del aula. Pruebas de evaluación: Consistente en el análisis y la resolución de ejercicios y problemas teóricos y prácticos.

Criterios de Calificación En cualquiera de los procedimientos la nota final de la asignatura estará constituida por:  Un 60% correspondiente a la nota de teoría  Un 40% correspondiente a la nota del laboratorio La presentación y superación de todas las prácticas de laboratorio es requisito imprescindible para aprobar la asignatura en cualquiera de los procedimientos de evaluación.

6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica  Fundamentos de sistemas digitales, 9ª edición Thomas Floyd. Prentice-Hall 2007. Bibliografía Complementaria (optativo)Fundamentos Cecilio Blanco Viejo. Paraninfo 2005.  Problemas resueltos de Electrónica Digital. Javier García Zubía. Paraninfo 2003.  Fundamentos de diseño lógico y computadoras. M. Morris Mano. Prentice-Hall, 3º edición 2005.

de

Electrónica

Digital.

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rrrr

Fundamentals of Computer Technology Bachelor’s Degree on: Computer Science Computer Engineering Information Systems Universidad de Alcalá 2015/2016

1st course – 1st semester

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TEACHING GUIDE Subject name: Code: Degrees: Department and area: Type: ECTS credits: Course and term: Teaching staff: Language:

Fundamentals of Computer Technology 780002 Bachelor’s Degree on Computer Science Bachelor’s Degree on Computer Engineering Bachelor’s Degree on Information Systems Computer Engineering Department. Computer Architecture and Technology area Basic 6 1st course, 1st semester Álvaro Perales Eceiza English

1. PRESENTATION The subject Fundamentals of Computer Technology is a six credits course taught in the first year of the Grades on Computer Science, Computer Engineering and Information Systems. The fundamental goal of the course is to understand the basic level operation of a computer. For this purpose, the processing of binary data (bits) at different levels of abstraction is studied, from logic gates to basic electronic devices, with an introduction to the functional units at architectural level. Therefore it implies an essential learning for students regardless of their professional profile, and its contents have a close relationship with many other subjects in the curriculum. Finally, it is important to note that the technology used in manufacturing today's computers is subject to continuous development and involves intensive research throughout the world, particularly by large companies that build microprocessors. This course also gives an overview of possible future technologies (optical computing, quantum computing, etc.)

2. COMPETENCIES GENERAL COMPETENCIES: 10

1.

Explain main characteristics and fundamental components of computer hardware and software. Explain telecommunications processes and interactions among these elements. [IS-ITHSS62].

2.

Provide an introduction to the peripheral devices and their characteristics. [ISITHSS63].

3.

Understand the concepts of hardware architectures. [IS-ITHSS64, CE-CA00].

4.

Work with binary numbers and with their systems of representation. Perform logical functions with networks of logic gates and simplify the associated circuits [DIG1 CEDIG2, CE-AR2].

5.

Analyze and design combinational logic networks. Analyze the behavior of synchronous and asynchronous machines. [DIG4 CE-CE-DIG5].

6.

Apply the principles of digital systems design. [EC-DIG6].

7.

Describe the basic elements of the structure of computers and the logical-mathematical basis on which they are based.

SPECIFIC COMPETENCIES: 1.

Understand the organization of the Von Neumann Architecture and its functional units.

2.

Explain the instruction execution cycle.

3.

Operate logically and arithmetically with binary numbers.

4.

Analyze and synthesize combinational circuits. Obtain the logic function from the problem specification, simplify and design the digital circuit.

5.

Analyze and synthesize sequential circuits. Obtain the state tables from the problem specifications, find and simplify the logic functions of the connections between flipflops, and design the circuit. Design synchronous and asynchronous counters

6.

Explain the concept of memory hierarchy. Understand memory operation and the different memory types.

3. CONTENTS Content blocks

Hours and credits

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1. Introduction • Levels of abstraction in the study of computers and relation with other subjects in the curriculum. • Historical evolution of computers. • Von Neumann Architecture and instruction execution. • Programming languages. • Performance.

  

3 theory hours 2 laboratory hours 0.5 ECTS

2. Bases and Numbering Systems

• Pure binary, sign magnitude, 1's complement and 2's complement. • Hexadecimal • Arithmetics in different numbering systems.

3. Combinational Systems • Introduction to Digital Systems. • Logical operations and logic gates. • Logic functions, truth tables and simplification: Karnaugh maps. • Analysis and synthesis of combinational circuits. • Basic Combinational Circuits: adders, decoders, multiplexers. 4. Sequential Systems • Latches and flip-flop. Definition and types • Registers. • Counters. • Sequential systems design. 5. Memory System • Memory system hierarchy • Memory operation. Address, control and data buses. • Types and memory technologies.

  

  

  

  

5 theory hours 2 laboratory hours 1 ECTS

9 theory hours 10 laboratory hours 2 ECTS

9 theory hours 10 laboratory hours 1.5 ECTS

4 theory hours 6 laboratory hours 1 ECTS

Schedule It will be detailed in the subject website at the beginning of each course.

4. TEACHING LEARNING METHODOLOGIES.-FORMATIVE ACTIVITIES

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Formative activities are developed in one subject with 6 ECTS credits. In the teaching-learning process, the following training activities will be used:  Theoretical classes.  Practical classes: problem solving.  Practical classes: laboratory.  Tutorials: individual and/or group. The following training activities may be used as well:  Individual or group assignments: realization, presentation and discussion  Attendance to conferences, meetings and scientific discussions related to the subject. To achieve the specified competencies, activities are distributed as follows:  3 theoretical credits based on lectures in which students will acquire all the required knowledge about the skills.  3 practical credits (of which, one third may be acquired in person and two thirds by the individual student work), by solving problems and laboratory activities in which students will complete their training to achieve the skills.

4.1. Credit Distribution

Number of attendance hours:

28 hours in large group 28 hours in small group (problem solving and lab) 2 hours exam

Number of hours of student's independent work:

92 hours including assimilation of theoretical concepts, problem solving, assignment, lab preparation and tutorship

Total

150 hours

4.2. Methodological strategies, teaching materials and resources The teaching strategy is based on a model of reflective learning of concepts and their application to solve exercises. In large groups the lecture will be combined with problem solving by the teacher and by the students, with exercises and both individual and group activities. For small groups and lab work, a participatory and active student strategy Is proposed to promote teamwork and peer learning, enriching the theory concepts and helping to verify their evolution in the teaching-learning process.

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In the lab the students will perform practices to gain skills in assembling combinational, sequential and memory systems. For that purpose they will use specific equipment as power sources and multimeters. Information Communication Technologies may be used to support training activities (Internet and e-mail forums, e-learning platforms, etc.) .

5. EVALUATION: Procedures, evaluation criteria and qualification Preferably students will be offered a system of continuous evaluation. For this purpose the following procedures, evaluation criteria, evaluation tools and qualification criteria are established. Evaluation procedure. The annual evaluation process consists of two sessions: an ordinary call and an extraordinary call. 1. ORDINARY CALL The ordinary call consists either of continuous evaluation or final evaluation. To qualify for the final evaluation, the student must write to the Center Director in the first two weeks of the course, explaining the reasons by which he or she cannot attend to continuous evaluation. The Director must assess the circumstances cited by the student and make a reasoned decision. After 15 days without receiving written response, the student application will be considered as estimated.

Continuous Evaluation It will consist of completion and delivery of learning and assessment activities distributed throughout the semester The theory grade will be set based on the performance in three exams during the course, each of which will represent a third of the final grade for theory. The lab grade will be set based on the completion, submission and defense of the proposed practices. The realization in the lab of such practices is compulsory and therefore there is no final lab exam. The only way to pass the lab (and therefore the subject) is finishing properly the practices on schedule in the lab. Students who undergo continuous evaluation and failed will not be qualified for the final evaluation of the ordinary examination.

Final Evaluation Students who obtain permission from the Director of the Centre to qualify for the final evaluation will be evaluated by a single theory exam consisting of theoretical questions and exercises similar to those carried out during the course and will account for the total theory grade.

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Regarding the lab evaluation, those students qualified for final evaluation must contact the coordinators of the subject during the first three weeks of the course to set up convenient sessions to evaluate the practices.

2. EXTRAORDINARY CALL Those students who have not passed the theoretical ordinary evaluation (either continuous or final) will be able to attend to a single extraordinary exam. It will consist of theoretical questions and exercises similar to those carried out during the course and will account for the total theory grade.

Evaluation Criteria Evaluation criteria must address the extent of skills acquisition by the student. For this purpose the following ones are defined:  Mastery of content and basic concepts.  Application of contents in resolution of proposed problems and practices.  Interest and motivation in the tasks and practices. The evaluation of skills acquired in the lab will consider the following criteria:  Knowing how the different functional units of a computer interact with each other  Being able to use the basic laboratory instrumentation (multimeter, power source, etc.) and to connect the different components of the circuit for a proper functioning.

Evaluation tools  Lab practices: Design and realization of various combinational and sequential circuits.  Assignment: The teacher may propose the realization of an assignment on a topic related to the subject and/or participation in various activities carried out inside and/or outside the classroom.  Evaluation tests: Consisting of analyzing and solving exercises and theoretical and practical problems.

Qualification criteria The final grade for the course will consist of:  60% of the theory grade  40% of the laboratory grade Lab practices are mandatory on laboratory classrooms in any of the evaluation systems

6. BIBLIOGRAPHY Basic bibliography  Digital Fundamentals, 10th edition 2008 Thomas Floyd. Prentice-Hall. 15

Supplementary BibliographyLogic and Computer M. Morris Mano, C. R. Kime, Pearson/Prentice-Hall 2004  Digital Design. M. Morris Mano, Pearson/Prentice-Hall 2003

Design

Fundamentals.

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