Fundamentos de computadoras UOC

• DESCRIPCIÓN

Esta asignatura es el punto de entrada al conocimiento de la arquitectura de los computadores. Es por eso que no se presupone ningún conocimiento previo de esta disciplina ni de ninguna otra asignatura de estos estudios.

• LA ASIGNATURA EN EL CONJUNTO DEL PLAN DE ESTUDIOS

Hay que tener presente que esta asignatura tiene una fuerte relación con Estructura de Computadores (EC), en el Grado en Ingeniería Informática, y Electrónica Digital (ED), en el Grado de Tecnologías de Telecomunicación, porque trata de los principios básicos de funcionamiento de los computadores y de la organización de los diferentes módulos que forman parte de ellos.

Con asignaturas básicas:

Una mejor comprensión del funcionamiento de un computador se logrará integrando parte de los conocimientos de esta asignatura con la de Fundamentos de Programación. Especialmente con los primeros módulos de las dos asignaturas, puesto que, en FC se ve como se organiza un computador para procesar información y en Programación, las secuencias de acciones que hay que hacer (programas) para procesarla.

Con asignaturas obligatorias:

En el Grado en Ingeniería Informática, en el itinerario de Ingeniería de Computadores, hay que haber hecho esta asignatura antes que Arquitectura de Computadores y Arquitectura de Computadores Avanzadas.

En el Grado de Tecnologías de Telecomunicación, hay que haber hecho esta asignatura antes de que Electrónica Digital.

Con asignaturas optativas:

En el Grado en Ingeniería Informática, en la asignatura de Estructura de la Información  (EI), con relación con la parte de la representación de la información que se da en FC, puede resultar más entendedora si se ha visto primero.

En resumen, pues, se trata de una asignatura básica en el grado que, como tal, tiene vínculos más o menos intensos con el resto de las asignaturas de las titulaciones. Hay que tener presente que, en el Grado en Ingeniería Informática, junto con EC, el estudiante podrá adquirir conocimientos y habilidades prácticas para entender el funcionamiento de los computadores, comprender los mecanismos que afectan su rendimiento y configurarlos y utilizarlos de manera eficiente.

• INFORMACIÓN PREVIA A LA MATRÍCULA

No hay prerequisitos definidos. Los contenidos de la asignatura pueden asimilarse sin material adicional. De todas formas, es conveniente tener nociones básicas de aritmética.

• OBJETIVOS Y COMPETENCIAS

Con esta asignatura se pretende introducir y consolidar los principios de funcionamiento de la circuiteria digital como base de la electrónica digital utilizada en los sistemas digitales en general y en los computadores digitales en particular.  Son objetivos de esta asignatura saber analizar y sintetizar circuitos digitales combinacionales y secuenciales y saber plantear el diseño de sistemas digitales y entender el computador digital como una generalización del concepto de máquina algorítmica.

En el aspecto competencial, a continuación se enumeran las que se desarrollarán en el aprendizaje de esta asignatura.

Competencia del Grado de Ingeniería Informática

• [13] Saber identificar los elementos y los principios de funcionamiento de un ordenador.

Competencia del Grado de Tecnologías de Telecomunicación

• [23] Saber analizar i diseñar circuitos combinacionales y secuenciales, síncronos y asíncronos y la utilización de microprocesadores y circuitos integrados.

Específicas

• Conocer la organización general de un computador como circuito digital y conocer las características de la arquitectura de Von Neumann.
• Saber como se representa la información y, en particular, los números de forma digital: números naturales y enteros, tanto en signo y magnitud como en complemento a 2.
• Entender los mecanismos de cambios de base en la representación de números.
• Conocer y saber aplicar la álgebra de Boole para la manipulación de funciones lógicas.
• Tener nociones tecnológicas de los circuitos digitales y entender la relación entre los circuitos digitales y las funciones lógicas.
• Conocer y saber utilizar las puertas lógicas y los módulos combinacionals en el diseño de circuitos lógicos.
• Entender el funcionamiento de los circuitos lógicos secuenciales y conocer y saber aplicar técnicas de diseño de sistemas secuenciales.

Generales

• Capacidad de análisis y síntesis.
• Resolución de problemas.
• Capacidad de organización y planificación.
• Comunicación oral y escrita.
• Trabajo en equipo.
• Razonamiento crítico.

Con toda probabilidad, cualquier práctica profesional relacionada con los estudios necesitará de conocimientos de hardware. Se trata de adquirir, entre esta asignatura y su continuación, Estructura de computadores, los conceptos necesarios para entender qué es un computador y poder desarrollar cualquier actividad profesional a su entorno. Esta asignatura es, por lo tanto, básica en los estudios e indispensable en sus salidas profesionales.

• CONTENIDOS

Módulo 1. Computador como sistema digital

• Introducción. Visión del computador como un sistema digital. Organización general de un computador.
•  Arquitectura de Von Neumann. Estructura de un procesador: memoria y CPU.

Módulo 2. Representación de la información

• Tipo de datos. Operaciones lógicas. Números naturales y fraccionarios. Representación binaria.
• Cambios de base de representación (decimal, binaria y hexadecimal). Números con signo. Operaciones aritméticas con números binarios.

Módulo 3. Circuitos combinacionales

• Funciones lógicas. Operaciones lógicas. Expresiones booleanas. Propiedades de la álgebra de Boole.
• Representaciones canónicas. Minimización de expresiones booleanas. Bloques combinacionales.

Módulo 4. Circuitos secuenciales

• Elementos de memoria: latch y flip-flop . El reloj. Análisis y síntesis de circuitos con latches y flip-flops .
• Bloques secuenciales. Máquinas de estados. Modelo de Moore.

Módulo 5. Estructura básica de un computador

• Máquinas de estados con camino de datos. Máquinas algorítmica
• Estructura básica de un computador. Procesador elemental. Procesadores genéricos, de señal y microcontroladores.

Contenido detallado por módulo

Módulo 1: Conceptos básicos de los computadores

1. Introducción. Breve perspectiva histórica
2. Los computadores y su uso
3. Estructura jerárquica de un computador
4. Codificación de información mediante señales binarias

Módulo 2: Representación de la información numérica

1. Los números y los sistemas de representación
2. Representación de los números en un computador
3. Otros tipos de representaciones

Módulo 3: Los circuitos lógicos combinacionales

1. Fundamentos de la electrónica digital
2. Implementación de circuitos lógicos combinacionales
3. Bloques combinacionales

Módulo 4: Los circuitos lógicos secuenciales

1. Caracterización de los circuitos lógicos secuenciales
2. El biestable D
3. Bloques secuenciales
4. El modelo de Moore

Módulo 5. Estructura básica de un computador

1. Máquinas de estados
2. Máquinas algorítmicas
3. Arquitectura básica de un computador