TEMA 1. Introducción

Fundamentos de los Computadores. Introducción.
T1-1
TEMA 1. Introducción
INDICE:
• SISTEMAS
• SISTEMAS CONTINUOS Y DISCRETOS EN EL TIEMPO
• SEÑALES
• SISTEMAS DIGITALES
• DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DIGITALES
Fundamentos de los Computadores. Introducción.
T1-2
SISTEMAS
El concepto de SISTEMA se extiende a una amplia variedad de campos:
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Comunicaciones
Aeronáutica y Astronáutica
Diseño de Circuitos
Acústica
Seismología
Ingeniería Biomédica
Sistemas de Distribución y de generación de Energía
Control de Procesos Químicos
Procesado de Señales
Todos los sistemas responden a una excitación en particular con una señal
de respuesta y un comportamiento definido.
Un sistema puede verse como cualquier proceso que realice
transformación de señales:
Señal de
Entrada
SISTEMA
Señal de
Salida
ENTRADA / SALIDA DE UN SISTEMA
La entrada es el estímulo, la excitación que recibe un sistema desde
una fuente de energía externa, usualmente para producir una respuesta
específica.
La salida es la respuesta real que se obtiene de un sistema. Puede ser o
no igual a la respuesta implícita especificada por la entrada.
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T1-3
SISTEMAS CONTINUOS Y DISCRETOS EN EL TIEMPO
Las señales de entrada y salida de un sistema, así como las que intervienen en la
dinámica del sistema, son siempre función de una variable independiente,
normalmente el tiempo t.
Una señal dependiente de valores continuos de la variable independiente t
se denomina señal continua en el tiempo. (SEÑAL ANALÓGICA)
Una señal definida solamente en instantes discretos del valor de la variable
independiente t de la que depende, se denomina señal discreta en el
tiempo. (SEÑAL DIGITAL)
Ejemplos de Señales:
• El voltaje continuo que varia senoidalmente v(t) o la corriente alterna i(t),
que proporciona la red eléctrica es una señal continua en el tiempo, pues
está definida para cada instante de tiempo t. Aunque solo se habla de su
valor eficaz (220 V) y su frecuencia (50Hz).
• El intermitente de un automóvil proporciona una señal discreta, al igual
que una baliza de señalización marina. O está encendido o está apagado.
• La temperatura ambiente de una habitación es una señal claramente
continua en el tiempo (podemos saber en cualquier momento cual es la
temperatura); sin embargo, si tomamos la temperatura cada hora, estamos
obteniendo una señal discreta. Este proceso se llama muestreo y permite
establecer una relación entre el mundo ANALÓGICO y el mundo
DIGITAL .
Por otro lado, en función del tipo de señales que “procesen” los sistemas
podemos considerar sistemas continuos “Analógicos”, si lo que procesan son
señales continuas, o sistemas discretos “Digitales”, si lo hacen con señales
discretas.
Los computadores no son más que sistemas DIGITALES,
procesan señales DIGITALES. UNOS Y CEROS.
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T1-4
SEÑALES
ANALÓGICAS:
0
2.0
4.0
v(V)
0
10
20
30
40
50
60
70
t (ms)
DISCRETAS
0
2.0
4.0
v(V)
1
5
10
15
20
nº de muestra
DIGITALES:
bit
B4
B3
B2
B1
B0
nº ciclo
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T1-5
SISTEMAS DIGITALES
Están formados básicamente por:
CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES
• las salidas en un instante determinado sólo son función de las entradas en
dicho instante.
CIRCUITOS DIGITALES SECUENCIALES
• las salidas en un instante determinado no son sólo función de las entradas
en dicho instante, si no que además, dependen de entradas previas. Son
sistemas con memoria.
DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DIGITALES
(HARDWARE)
Nivel
Sistema
Dominio Comportamiento
Algorítmico
Transferencia de
Registros
Lógico
Dispositivo
Procesos,
Características
Ligaduras en
algoritmos de I/O
Transferencia de
Registros
Ecuaciones
Booleanas y de
Transición de
Estado
Ecs. de Red
V(t) I(t)
Estructura
Físico (chip)
Procesadores,
Memorias
U. Funcionales
Puertos de Men.
Unid. Funcionales
Registros
Puertas Lógicas
LATCHES
Particiones
Básicas
Particiones
Básicas
FLOORPLAN
Macroceldas
CELDAS
Transistores
Conexiones
Geometría
Exacta
NOS CENTRAREMOS EN EL NIVEL LÓGICO
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T1-6
NIVELES DE REPRESENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DIGITALES
NIVEL DE DISPOSITIVO (DOMINIO GEOMÉTRICO):
Tipo de capa
Parámetros geométricos (W, L)
Reglas de diseño
L
W
NIVEL DE DISPOSITIVO O ELÉCTRICO:
VDD
D
G
B
VIN
VOUT
S
Modelado de dispositivos
Transistores, conexiones
Parámetros eléctricos (I , V)
Ecuaciones de red
GND
NIVEL LÓGICO:
Puertas lógicas, latches
IN
OUT
Valores lógicos y temporales
Ecuaciones booleanas,
A
transiciones de estado
S
B
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T1-7
NIVEL TRANSFERENCIA DE REGISTRO (RT)
REG. A
REG. B
Registros, unidades funcionales
Ecuaciones de transferencia de
registros
ALU
REG. C
NIVEL ALGORÍTMICO (ISP)
Unidades
Funcionales
Memoria
Unidades funcionales, puertos
de memoria
Juego de instrucciones del
procesador
Ligaduras en algoritmos de I/O
Unidad de procesado
Unidad de Control
NIVEL DE SISTEMA (PMS):
Procesador
1
Procesador
2
Procesador
N
Procesadores, memoria
Procesos, prestaciones
Red de Interconexión
Memoria
1
Memoria
2
Memoria
N