u n i v e r s i d a d e d o m i n h o - d e p. i n f o r m á t i c a

 

Sistemas Digitais I

 

Lic. Engª Sistemas e Informática, 2ºano

1999/00

Aviso1: os sumários das teóricas contêm apontadores para os cap. do livro

Aviso2: já se encontra disponível um exame tipo para esta disciplina

[Painel de Mensagens]


Listagem dos docentes da disciplina e modos de os contactar

Definição sumária dos objectivos da disciplina

Programa proposto para o semestre, quer em termos de sessões teóricas, quer teórico-práticas

Lista da documentação necessária para um acompanhamento eficaz da disciplina

Metodologia de avaliação adoptada, e sua implementação ao longo do semestre

Listagem dos sumários das aulas (teóricas e teórico-práticas), a construir ao longo do semestre, e com eventuais links para locais com informação relevante.

 


Equipa docente

 

Alberto José Proença (Prof. Associado)
email:
aproenca@di.uminho.pt
Horário de atendimento: Qua 09:00-11:00; Qui 14:00-18:00

António Joaquim Esteves (Assistente)
email:
esteves@di.uminho.pt
Horário de atendimento: Seg 10:30-13:00; Qui 11:00-13:00

Paulo Jorge Alves (Assistente Convidado)
email:
palves@gec.di.uminho.pt
Horário de atendimento: Seg 12:00-13:00; Ter 12:00-13:00; Sex 14:00-16:00

 


Objectivos

A disciplina que antecedeu esta - Arquitectura de Computadores I - teve como principal objectivo fornecer os principais instrumentos de análise ao funcionamento de um computador, com ênfase no interface entre o processador - o principal componente de um computador - e os programas desenvolvidos em HLL.

As disciplinas de Sistemas Digitais foram introduzidas no curso de LESI com o principal objectivo mostrar como são construídos os computadores e respectivos periféricos no nível de abstração imediatamente abaixo do da sua arquitectura. Por outras palavras, têm como objectivo disponibilizar as ferramentas necessárias à análise e projecto físico de computadores (e respectivos interfaces), enquanto sistemas baseados em circuitos electrónicos digitais, com ênfase no nível de abstracção do sistema digital. Este nível não se debruça na componente electrónica dos sistemas - da área da microelectrónica - mas tão somente nos blocos funcionais baseados nesses circuitos que manifestam uma dada funcionalidade e comportamento.

Esta primeira disciplina de Sistemas Digitais I visa essencialmente dotar os estudantes das ferramentas indispensáveis à análise e síntese de sistemas digitais - desde a especificação à implementação e teste de sistemas simples - usando sempre que possível como casos de estudo exemplos retirados da organização dos computadores e respectivos periféricos.


Programa proposto (resumo)

 

Conceitos introdutórios

O processo de desenvolvimento: concepção, implementação e verificação; caracterização das diversas fases de desenvolvimento, através de um exemplo de um controlador de semáforos.

Hardware dos sistemas digitais: o sistema digital vs. sistema analógico; introdução aos fundamentos teóricos dos sistemas digitais binários; a tecnologia dos circuitos digitais binários; caracterização do sistemas combinatórios e sequenciais.

Representação de sistemas digitais:

Prototipagem rápida: motivação; técnicas (simulação, síntese de alto nível e circuitos reconfiguráveis).

Lógica combinatória a dois níveis

Funções lógicas: Álgebra de Boole; Operadores lógicos adicionais (NAND, NOR, XOR e NXOR); justificação para a optimização; exemplos de circuitos equivalentes; Optimização ao nível da gate.

Leis e teoremas da álgebra de Boole: demonstração dos teoremas mais utilizados na optimização; teorema da dualidade e a lei de DeMorgan; exemplos de aplicação.

Optimização ao nível da gate: forma canónica em soma de produtos; produto e mintermo; forma canónica em produtos de soma; maxtermo; representação simplificada dos mintermos e maxtermos; conversão entre as forma canónicas (aplicação do teorema de Morgan); lógica positiva e negativa - teorema da dualidade; notação habitual; funções especificadas incompletamente (don't cares); forma canónica para os don't cares.

Simplificação a dois níveis: representação auxiliar de cubos; adjacências; mapas de Karnaugh (K-Map); introdução aos métodos algorítmicos utilizados em ferramentas de CAD - Quine-McCluskey e Espresso.

Lógica combinatória multinível

Conversão de redes AND/OR e OR/AND para redes NAND/NAND e NOR/NOR; generalização para lógica multinível.

Operações para optimização em multinível: decomposição; extracção (noção de kernel); factorização; substituição; expansão (redução do número de níveis).

Optimização multinível: "divisão" booleana como fundamento matemático da optimização multinível.

Introdução à ferramenta SIS para optimização ao nível lógico: representações; exploração do espaço de desenho (área vs. velocidade); mapeamento do desenho lógico num circuito real.

Lógica sequencial

Conceitos essenciais: redes lógicas com realimentação; célula de memória estática; comportamento dinâmico da célula RS; representação do comportamento da célula RS por tabela de verdade e diagrama de estados; características temporais (sinal de clock,setup, e hold); latches vs. Flip-Flops (FF); tipos de células de memória estática - RS, JK, D e T.

Questões de temporização: interligação de FFs em cascata (registo de deslocamento), considerando os tempos de propagação, setup e hold; utilização de latches com impulso estreito de clock e com dois sinais de clock desfasados. propagação do clock com desvios.

Especificação e síntese de um exemplo ilustrativo dos sistemas sequenciais síncronos.

FFs na implementação de circuitos: escolha do tipo de FF; equações características dos FF; conversão entre diferentes tipos de FFs.

Entradas assíncronas e metaestabilidade: caracterização do problema através de exemplos; métodos para evitar os efeitos negativos; sincronização entre módulos com clocks independentes.

Circuitos de lógica sequencial

Registos de armazenamento e registos de deslocamento; componentes comerciais; exemplo de aplicação - conversão série/paralelo e paralelo/série.

Contadores; exemplo do contador johnson; características específicas e respectiva metodologia de desenvolvimento; estados iniciais; contadores ripple; utilização dos sinais de controlo (clear e preset).

Memórias de acesso aleatório: memória estática e respectiva organização; memória dinâmica e respectiva organização; refrescamento e operação dos sinais RAS e CAS; algumas variantes das memórias dinâmicas.

Introdução à lógica programável

Perspectiva histórica; o conceito de célula programável. Estruturas PAL, PLA e ROM; domínios de aplicação. Descodificadores e "demultiplexers" como elementos de lógica programável; exemplos de aplicação.

Estrutura lógica das FPGAs; exemplo da família XC2000; adequabilidade para a implementação de funções multi-nível; exemplos de aplicação.


Bibliografia

A disciplina Sistemas Digitais I vai seguir essencialmente, em 2000, o livro:

"Contemporary Logic Design", Randy H. Katz,The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., 1994

A empresa editora do livro tem disponível uma página Web com mais informação sobre o livro.

As aulas teóricas serão leccionadas à base de acetatos, a maioria dos quais são material original disponibilizado na Web pelo autor do livro recomendado (ficheiro PowerPoint compactado, transpar.zip); alguns acetatos foram ainda produzidos por outros docentes da UM, baseados no mesmo livro.

Bibliografia complementar recomendada para leitura adicional:

 

 

Avaliação

A disciplina de Sistemas Digitais I está organizada em aulas teóricas (2*1h/sem) e em sessões práticas laboratoriais (3h/sem). A frequência às aulas teóricas não é obrigatória, mas é recomendada; a participação nas sessões aboratoriais é obrigatória, existindo controlo de presenças; com mais de 1/3 de faltas o aluno poderá não ser admitido a exame.

As aulas teóricas são utilizadas para se transmitirem os conceitos necessários à compreensão da matéria. O material leccionado nestas aulas é encadeada, pelo que se torna indispensável o seu regular acompanhamento. A avaliação da capacidade de compreensão dos conhecimentos obtidos com o material leccionado nas aulas teóricas é realizada através de exames, e tem 50% do peso da disciplina.

As sessões práticas e laboratoriais têm por objectivo aplicar no laboratório conceitos adquiridos nas aulas teóricas. A avaliação do trabalho desenvolvido ao longo destas sessões - organizadas em trabalhos práticos - tem também 50% do peso da disciplina, repartido por duas componentes:

Os inscritos com estatuto de trabalhador-estudante - ou outros impossibilitados de frequentar as sessões laboratoriais, devidamente justificados - poderão executar a componente laboratorial exigida em sessões especiais durante a época de exames, desde que dêem conhecimento da sua situação no início do semestre (primeiras 2 semanas).

Resumo dos pesos relativos das diversas componentes de avaliação:

 


Página mantida por aproenca@di.uminho.pt.
Ultima Modificação: 6 Jun 2000