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Subject code : 71901014
En este primer tema describimos el modelo matemático que subyace a los circuitos combinacionales. Así, empezamos con el estudio de la representación binaria de la Información y los operadores básicos del Álgebra de Boole. Después estudiamos las distintas formas de representar funciones lógicas (Formas Canónicas), los cambios de representación y, finalmente, estudiamos la Minimización de dichas funciones lógicas, ya que uno de los objetivos en electrónica es la miniaturización de los circuitos.
CONTENIDO:
1.1. Procesamiento Digital de la Información
1.2. Funciones Combinacionales y Secuenciales Necesarias
1.3. Variables y Operadores Lógicos: Álgebra de Boole
1.4. Funciones Lógicas: Formas Canónicas
1.5. Otras Representaciones Completas (NAND, NOR)
1.6. Análisis y Síntesis
1.7. Introducción a la Minimización
1.8. Problemas
Este tema y el siguiente los dedicamos a las funciones combinacionales que podemos agrupar en dos grandes apartados: funciones aritmético-lógicas y operaciones de multiplexado y demultiplexado para el control de la ruta de datos e instrucciones.
Así, en el tema 2 estudiamos los fundamentos de la aritmética binaria, los distintos tipos de circuitos sumadores y restadores, el funcionamiento de los comparadores para palabras de n bits y, por último, vemos el funcionamiento de las Unidades Aritmético-Lógicas (ALUs)
2.1. Representación Conjunta de Números Positivos y Negativos
2.2. Sumadores y Restadores
2.3. Sumadores en Complemento a 1: Gestión del Problema del Rebose
2.4. Comparadores
2.5. Unidades Aritmético-Lógicas (ALUs)
2.6. Problemas
Este segundo tema de la Lógica Combinacional lo dedicamos a estudiar las funciones encargadas de controlar el tráfico de las señales, tanto los datos como las instrucciones, entre los distintos puntos de los sistemas de cálculo.
Por tanto, estudiamos los Multiplexos y los Demultiplexos en su doble función, como selectores de canales de entrada y salida, y como módulos de diseño de funciones lógicas y de convertidores de códigos. La última parte del tema la dedicamos al estudio de los circuitos amplificadores (buffers-drivers) y transmisores-receptores de “bus” (bus-transceivers) encargados de adaptar las señales en su interacción con un “bus”
3.1. Circuitos Selectores de Datos (Multiplexos)
3.2. Demultiplexos
3.3. Codificadores con Prioridad
3.4. Amplificadores (buffers-drivers) y Transmisores-receptores de Bus
3.5. Problemas
En este tema estudiamos los circuitos lógicos programables “sencillos” (SPLDs). Es decir, estudiamos tanto la estructura interna de las memorias no volátiles PROM, EPROM, EEPROM y FLASH y las arquitecturas PAL y PLA como su uso en el diseño en lógica combinacional. Aunque la situación del tema nos obliga a clasificar estos circuitos como lógica combinacional, la evolución de la tecnología electrónica y la inclusión de biestables en las macroceldas de salida hacen que, de hecho, los circuitos SPLDs más recientes sean secuenciales (ver tema 10).
4.1. Procesamiento Digital de la Información
4.2. Memorias PROM, EPROM, EEPROM y FLASH
4.3. Transistores de Puerta Flotante (FAMOS) y Mecanismos de Borrado
4.4. Organización Interna y Ejemplos de EEPROM y FLASH
4.5. PALs y PLAs
4.6. Configuraciones de Salida
4.7. Nomenclatura y Ejemplo de Circuitos PAL
4.8. Problemas
El resto de los temas de la asignatura lo dedicamos al estudio de los circuitos secuenciales, caracterizados por la necesidad de incluir al tiempo como variable de cálculo. Son circuitos con "memoria". Es decir, su respuesta ante una cierta configuración de señales de entrada en un determinado instante no depende sólo del valor de las entradas en ese instante, sino que también depende del estado interno.
Empezamos viendo cuáles son las exigencias computacionales adicionales para la síntesis de circuitos secuenciales. Para ello, empezamos viendo la Teoría Modular de Autómatas Finitos y Determinísticos que es el modelo matemático de la Electrónica Secuencial. Con ello ya tenemos todo lo necesario para el diseño secuencial, solo nos faltan los retardos, es decir, los circuitos capaces de almacenar uno de dos estados distinguibles. Por tanto, debemos estudiar los circuitos biestables, sus configuraciones (R-S, J-K, T y D) y formas de disparo (pulsos o flancos, con “preset” y/o “clear”).
5.1. Introducción a los Autómatas Finitos: concepto de estado
5.2. El Tiempo en Digital: comportamiento síncrono y asíncrono
5.3. Biestables
5.4. Biestables J-K
5.5. Biestables T y D.
5.6. Problemas
En este segundo tema de la lógica secuencial vemos cómo debemos usar los biestables en la síntesis de circuitos secuenciales sencillos y, a la inversa, cómo podemos analizar un circuito que incluye biestables. Empezamos estudiando la representación, síntesis y análisis modular de autómatas finitos y determinísticos y pasamos después a la síntesis de algunos sistemas digitales.
De entre todas las funciones secuenciales posibles, hacemos énfasis en los contadores y los registros de desplazamiento debido a su importancia y uso frecuente en los sistemas digitales. En ambos casos estudiamos la estructura interna y los cronogramas correspondientes a las configuraciones asíncronas y síncronas.
6.1. Introducción al Diseño Secuencial con Biestables D, T y J-K
6.2. Procedimiento General de Síntesis
6.3. Representación, Síntesis y análisis Modular de Autómatas con PLDS
6.4. Diseño con biestables J-K
6.5. Contadores
6.6. Registros de Desplazamiento
6.7. Problemas
En el caso de los circuitos secuenciales es esencial el concepto de cronograma que muestra la evolución temporal de las señales digitales en puntos importantes del circuito. Todos los cronogramas parten de un reloj monofásico o polifásico a partir del cual se marcan los instantes en los que ocurren sucesos de interés. Por eso estudiamos los circuitos astables (osciladores), los monoestables, los relojes de cuarzo y los temporizadores programables
7.1. Circuitos de Tiempo
7.2. Monoestables
7.3. Astables
7.4. Circuitos de Tiempo Tipo 555
7.5. Temporizadores Programables
7.6. Relojes
7.7. Problemas
Con el estudio de los temas anteriores tenemos cubierta una parte importante de la electrónica digital que se necesita en Arquitectura y Tecnología de Computadores. Sin embargo, si tuviéramos que decidir cuáles son las funciones electrónicas más necesarias en computación en términos del área de silicio que ocupan, no cabe duda que esa función es la de almacenamiento transitorio o permanente de datos e instrucciones. Es decir, las funciones de memoria en los distintos niveles (registros internos, caché, memoria principal, etc...). Por eso, este tema y el siguiente lo dedicamos al estudio de las memorias RAM y CAM y las de organización secuencial (FIFOs).
Por tanto, este tema lo dedicamos a estudiar la organización y las celdas básicas en tecnología bipolar y MOS de las memorias RAM estáticas (SRAM) y dinámicas (DRAM) y de las memorias CAM
8.1. Memorias de Lectura/Escritura Volátiles
8.2. Organización de las Memorias SRAM
8.3. Evolución de las SRAM
8.4. Celdas RAM Estáticas (SRAM) en Tecnología Bipolar
8.5. Celdas RAM Estáticas (SRAM) en Tecnología MOS
8.6. Celdas RAM Dinámicas (DRAM) en Tecnología MOS
8.7. Organización de las Memorias RAM Dinámicas (DRAM)
8.8. Circuitos de Memoria Asociativa (CAM)
8.9. Problemas
Empezamos este tema estudiando las distintas organizaciones de las memorias de acceso secuencial (FIFO, LIFO y registros CCD), seguimos con el estudio de las estructuras soporte y terminamos viendo el estado actual de la tecnología electrónica en el campo de las memorias FIFO a través de circuitos reales.
9.1. Organizaciones de Acceso Secuencial
9.2. Etapas Dinámicas en MOS y CMOS
9.3. Estructuras CCD
9.4. Memorias FIFO sobre Celdas RAM en CMOS
9.5. Ejemplo
9.6. Aplicaciones de las FIFO
9.7. Problemas
El último tema de la asignatura lo dedicamos a la Lógica Secuencial Programable. Al igual que la introducción de las memorias PROM programables, borrables y reprogramables supuso un salto cualitativo en la electrónica combinacional (EEPROMs, PALs y PLAs), la introducción de los circuitos secuenciales programables (CPLDs y FPGAs) y el uso de memorias SRAM para reconfigurar el “hardware”, sin necesidad de desconectarlo del resto del circuito, representa el salto cualitativo equivalente en la electrónica secuencial. Sin embargo, dada la carga docente que supone el estudio del resto de los temas del programa hemos considerado conveniente que este último tema sea de carácter informativo y no sea objeto de examen.
10.1. Aspectos Generales de los PLDs de Alta Densidad
10.2. Evolución y Ejemplos de las Arquitecturas CPLD
10.3. Evolución y Ejemplos de las Arquitecturas FPGA
10.4. ¿Dónde Termina la Electrónica y Dónde Empieza la Programación?
