Tecnología de Equipos Informáticos (ITIS)

La finalidad de esta asignatura se centra en proporcionar los adecuados conocimientos, para asistir al Ingeniero Técnico de Sistemas en las tareas de construcción y mantenimiento de sistemas. Para ello será necesario introducir objetivos de índole formativo y de destreza práctica en el diseño, evaluación y depuración de sistemas electrónicos en los diferentes dominios y niveles de representación así como en las diferentes variantes que puedan encontrarse en los sistemas y equipos informáticos, desde dispositivos de conmutación a sistemas y subsistemas de registro y transmisión de la información entre otros. Asimismo, se pretende introducir al alumno en las técnicas de análisis y diseño basadas en la Tecnología Electrónica Integrada. Dichos objetivos se pueden desglosar en los siguientes puntos:

 

 

·         Familiarizarse con los fundamentos de los dispositivos semiconductores, así como con las técnicas de análisis y síntesis de circuitos digitales, en el nivel de transistor.

 

·         Presentar y sentar las bases, a título formativo, de los niveles físicos más bajos del área de conocimiento de arquitectura y tecnología de computadores, concretamente del Dominio Estructural, así como alcanzar las habilidades necesarias para aplicar el conocimiento adquirido.

 

·         Mostrar y aplicar los parámetros básicos comunes a las diferentes tecnologías, que permitan posteriormente evaluar las prestaciones de los circuitos integrados pertenecientes a las diferentes familias, así como sentar las bases de elección de la Tecnología y Familias que mejor se adaptan a cada aplicación particular.

 

·         Adquirir las técnicas de Diseño e Implementación modernas (nivel de esquemáticos), en Tecnología CMOS aplicables tanto a la Lógica Combinacional como Secuencial.

 

·         Describir las principales Tecnologías y Familias Lógicas comerciales, así como interpretar los Manuales (Data Sheet) de los fabricantes.

 

·         Sintetizar y Analizar los principales Subsistemas Digitales [Dominio Estructural, (nivel circuital)], que soportan los Equipos Informáticos.

 

·         Completar y complementar la formación técnica adquirida en la disciplina de Fundamentos y Estructura de Computadores.

PROGRAMA:

 

PRIMERA PARTE: FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGIA DE COMPUTADORES: COMPONENTES Y FAMILIAS DIGITALES INTEGRADAS COMERCIALES.

 

Tema 0    INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES. PRESENTACIÓN DE LA  ASIGNATURA.

0.1.      Generalidades.

0.2.      Organización estructural de un computador.

0.3.      Génesis histórica de la evolución tecnológica de los computadores

0.4.      Áreas y Niveles de representación de un Sistema Electrónico.

0.5.      Observaciones finales.            

 

Tema 1.   DISPOSITIVOS BIPOLARES. APLICABILIDAD A LAS TÉCNICAS DIGITALES.

1.1.     Generalidades.

1.2.     El diodo. Simbología y Linealización de la característica I-V. Modelos simplificados para     continua.

1.3.     Circuitos prácticos con diodos.

1.4.     Diodos para aplicaciones especiales. Visualizadores de presentación de la       Información.

1.5.     El transistor bipolar. Estructura, Simbología y zonas de funcionamiento.

1.6.     Modelo eléctrico equivalente. Características voltiampéricas.

1.7.     El transistor en conmutación. Implementación de funciones lógicas elementales.

 

               

 Tema 2.   TECNOLOGÍAS BIPOLARES SOPORTE DE CIRCUITOS DIGITALES.

2.1.     Introducción a la lógica integrada.

2.1.     Estimación y Evaluación de las propiedades de los Circuitos Integrados (C.I.). Ejemplificación sobre un caso práctico.

2.1.     La familia lógica RDL. Análisis y estimación de las características eléctricas.

2.1.     Lógica Integrada TTL. Estudio de la puerta básica. Configuraciones de salida.

2.1.     Circuitos Integrados TTL de prestaciones mejoradas.

2.1.     Otras Familias bipolares: ECL e I² L.

 

               

Tema 3.   EL DISPOSITIVO MOS. LOGICA INTEGRADA MOS.

3.1.     Introducción.

3.2.     Estructura, Funcionamiento y Simbología.

3.3.     Características Corriente-Tensión

3.4.     El transistor MOS como interruptor. Modelización.

3.5.     Puertas de Transmisión n y pMOS. Limitaciones.

3.6.     El inversor nMOS. Análisis estático con diferentes cargas pull-up.

3.7.     Primitivas básicas en Tecnología nMOS.

3.8.     Tecnología CMOS. Características salida.

3.9.     El inversor CMOS. Análisis estático y dinámico. Configuraciones de salida.

3.10. Análisis y Síntesis de primitivas básicas CMOS, en el nivel de transistor.

3.11. Tecnología CMOS frente a la nMOS.

3.12. Tecnologías Digitales CMOS comerciales.

3.13. Compatibilidad lógica-eléctrica entre Tecnologías. Interfaces eléctricas.

3.14. Tecnologías híbridas. Análisis de puertas lógicas BiCMOS.

               

               

SEGUNDA PARTE - SUBSISTEMAS Y ESTRUCTURAS DIGITALES EN EL NIVEL DE TRANSISTOR.

 

Tema 4      ESTRUCTURAS CIRCUITALES COMBINACIONALES.

 

4.1.   Principios y Fundamentos de la lógica combinacional.

4.2.   Lógica estática nMOS compleja.

4.3.   Lógica estática CMOS compleja.

4.4.   Otras técnicas de Implementación CMOS.

4.5.   Realización circuital de bloques lógicos: MUX, DECODIFICADOR, COMPARADOR, etc. Estilos de implementación.

4.6.   Implementación circuital de subsistemas combinacionales mediante estructuras regulares.

               

 

Tema 5      CIRCUITOS COMBINACIONALES DE PROCESAMIENTO NUMERICO.

 

5.1.   Introducción.

5.2.   Operadores aritméticos. Estrategias de Implementación. Soportes circuitales.

5.3.   Desplazadores - Rotadores.

5.4.   Multiplicadores binarios combinacionales.

5.5.   Unidad Aritmético Lógica. Implementación con lógica estructurada.

 

                 

 

Tema 6      TECNOLOGÍA CIRCUITAL DE COMPONENTES Y SUBSISTEMAS SINCRONOS.

 

6.1.   Revisión del concepto de máquina secuencial. Taxonomía.

6.2.   Temporización en los circuitos lógicos síncronos.

6.3.   Lógica dinámica frente a estática. Concepto de precarga y Evaluación

6.4.   Concepto de Latch y Flip-Flop. Taxonomía de biestables. Análisis circuital.

6.5.   Registros de almacenamiento/desplazamiento. Estructura a nivel de esquemáticos.

6.6.   Síntesis Circuital de contadores binarios.

6.7.   Realización de Módulos Aritméticos Secuenciales.

6.7.1.   Sumadores Secuenciales.

6.7.2.   Multiplicadores secuenciales.

6.8.   Máquinas FSM. Estrategias y Alternativas de construcción circuital.

 

               

Tema 7      SUBSISTEMA DE MEMORIA DE UN COMPUTADOR. NIVEL DE TRANSISTOR

 

7.1.      Revisión de conceptos. Taxonomía.

7.2.      Organización general del Subsistema de Memoria

7.3.       Estructura circuital del punto de memoria SRAM. Análisis del proceso de lectura/escritura.

7.4.      Circuito amplificador de refuerzo.

7.5.      Célula básica de memoria dinámica (DRAM).

7.6.      Estructura circuital de las memorias de sólo lectura (ROM).

7.7.      Implementación de los circuitos decodificadores.

7.8.     Construcción circuital de la unidad de entrada-salida.

7.9.      Subsistemas de Almacenamiento Especial ( FIFO, LIFO, SIPO )

7.10.    Interpretación de las hojas de especificación de las características técnicas.

 

               

 

PRÁCTICAS:

 

 

Objetivo global:

 

Las actividades a desarrollar en las sesiones del Laboratorio pretenden asimilar, reforzar, completar, profundizar y complementar los conceptos y conocimientos adquiridos por los discentes en las clases teóricas, completando su información técnica en los primeros niveles de aprendizaje del área de Arquitectura y Tecnología de Computadores. Para alcanzar tales metas se emplean dos métodos de Trabajo compatibles: Simulación y Realización Física, adecuando y actualizando los recursos existentes informáticos o no, en los laboratorios de Tecnología de Computadores, a las necesidades propias de las carreras técnicas, dado su carácter experimental.

 

Por otro lado, las actividades a desarrollar en cada una de las sesiones prácticas, se pueden agrupar bajo dichas orientaciones:

 

1.     Simulación. La simulación de procesos mediante ordenador, permite ensayar de forma rápida y cómoda distintas situaciones, facilitando, con ello, la tarea de comprobación y análisis de esquemas conocidos, potenciando el procedimiento heurístico del alumnado. Además, la idea de promover la utilización del Ordenador y del Software de simulación como metodología docente en el Banco de Trabajo del Taller de Equipos Informáticos, como herramienta de ayuda y apoyo al diseño, facilita el análisis y comprensión de los circuitos propuestos, así como también la de organizar los conocimientos de Tecnología Electrónica en forma gráfica. Dicha metodología, además de facilitar y acelerar el aprendizaje, juega un papel que incentiva y motiva al propio alumnado, a la vez que redunda en un mejor rendimiento en cuanto al número total de aprobados.

 

2.     Estrictamente Hardware (Física). Aspecto crucial y punto nuclear de los objetivos del laboratorio, ya que se pretende que el alumno experimente con el montaje, medición y simulación de las formas de ondas en nodos de interés de los diferentes circuitos electrónicos, que permita posteriormente hacer una revisión crítica de las mismas contrastando los valores esperados con los medidos, con las prestaciones de permitir validar los mismos una vez realizada dicha verificación. Las sesiones físicas están orientadas al uso y manejo de la Instrumentación Electrónica presente en el Banco de Trabajo (Fuente de Alimentación, Multímetro Digital, Generador de Funciones, Osciloscopio y Sonda Lógica) así como otros utensilios entre los que cabe citar a: placa de inserción, componentes pasivos y activos, etc. incidiendo, entre otros aspectos, en la capacitación y adquisición de las técnicas y metodologías de medicición que faciliten primordialmente el análisis de Sistemas Electrónicos, con el objetivo de reforzar positivamente los conocimientos teóricos adquiridos y sin que ello suponga caer en el mero trámite, por parte del discente de “medir señales”.

 

 

 

BLOQUE I - EXPERIMENTOS DE SIMULACION ELECTRICA.

 

Objetivos:

 

·         En este bloque se pretende que el alumno se familiarice y adquiera destreza en las diferentes utilidades que dispone toda herramienta de simulación de circuitos por ordenador, llevando a cabo diferentes tareas de comprobación de la funcionalidad de las aplicaciones bajo prueba, a saber: Función de Transferencia, Observación de señales en diferentes nodos del circuito, mediciones eléctricas en puntos de interés del circuito, análisis estático y dinámico, Características de entrada y/o salida, etc. Los circuitos bajo simulación soportan diferentes componentes: diodos, transistores bipolares, MOS, etc.

·         Generar los estímulos de prueba que permitan verificar correctamente al circuito bajo prueba.

·         La simulación permite probar y verificar la funcionalidad del circuito de forma sencilla y rápida, permitiendo integrar e interactuar de manera activa entre los conocimientos teóricos y prácticos.

 

Actividades:

 

·         Describir, manejar y adquirir habilidad, con la herramienta de simulación, a través de una experimentación interactiva mediante ejemplos prácticos sencillos.

·         Implementar diferentes aplicaciones circuitales con el diodo como protagonista.

·         Emular y comprobar la funcionalidad de distintas puertas lógicas bipolares, pertenecientes a diferentes familias lógicas discretas.

·         Simular varias primitivas básicas en Tecnología n y CMOS, comprobando su validez mediante: Tabla de Verdad, Función de Transferencia y Análisis Temporal.

·         Diseño, Verificación y Comprobación de Subsistemas Digitales (MUX, CODIFICADORES, FF’s, CONTADORES, REGISTROS, etc.).

 

Herramientas:

 

·         SW de Simulación EWB.

·         Manuales EWB.

·         Ordenadores personales y Periféricos.

·         Bibliografía recomendada.

·         Retroproyector + pantalla LCD.

·         Videoproyector.

 

BLOQUE II - REALIZACION, CONSTRUCCION Y COMPROBACION HW.

 

Objetivos:

 

· Proporcionar un bagaje práctico (físico) suficiente para que todo alumno pueda            abordar la implementación de circuitos y sistemas digitales.

· En esta línea de trabajo se pretende que los discentes adquieran las habilidades y técnicas necesarias para la medición de diversos parámetros eléctricos, así como la familiarización con la Instrumentación electrónica del Banco de Trabajo.

· Adquirir destreza en el manejo y utilización con los C.I SSI y MSI, así como con los manuales que suministran los fabricantes. Para lo cual se medirán los principales parámetros de evaluación de las prestaciones de las distintas familias y tecnologías digitales.

· Diseñar, desarrollar, implementar y verificar diferentes subsistemas en tecnologías TTL y CMOS, así como evaluar el interfaz requerido entre ambas tecnologías.

 

Actividades:

 

·         Montaje y verificación de una puerta DTL, en lógica discreta.

·         Medida, Estimación y Evaluación de propiedades en las Tecnologías Digitales Integradas: Bipolar y CMOS.

·         Interfaces eléctricas entre familias.

·         Implementación de un Bit-Slice de la ALU de Mead & Conway.

 

Herramientas:

 

·         F.A. (Fuente de Alimentación).

·         Osciloscopio.

·         Generador de Funciones.

·         Multimetro Digital.

·         C.I, Familias TTL y CMOS.

·         Componentes discretos pasivos y activos.

·         Placa de Inserción.

·         Cables diversos (sondas, latillos, hilos de conexión, etc.).

·         Manuales Instrumentación y Bibliografía.

 

 

La asignatura soporta dos partes: Teoría y Laboratorio. Ambas, se han de aprobar de manera independiente.

 

El peso específico de las dos partes en el global de la nota es de un 80% para la parte Teórica y de un 20% para la práctica.

 

También se dispone de la posibilidad de abordar y realizar trabajos teórico-prácticos tutorizados por los profesores de la asignatura que permiten alcanzar hasta un máximo de 2 puntos, aunque teniendo como requisito previo el haber aprobado la asignatura globalmente.

 

El examen teórico constará de dos cuestiones y dos problemas, con la filosofía para estos últimos de que engloben varias unidades didácticas.

 

En cuanto al examen práctico, este se desarrollará en el propio Laboratorio y de forma individual, evaluándose los dos aspectos que soporta la parte práctica:

 

·       Simulación - 40% de la Nota del Laboratorio.

·       Hardware   - 60% de la Nota del Laboratorio.