Sistemas Digitais I Sistemas Digitais

UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
Sistemas Digitais I
Licenciaturas em Engenharia Electromecânica,
Engenharia Mecânica e
Engenharia Electrotécnica
Sistemas Digitais
Licenciatura em Engenharia Aeronáutica
Introdução, Objectivos, Método de Avaliação,
Programa Resumido e Bibliografia
Ano Lectivo 2004/2005
Sistemas Digitais I
1.
Universidade da Beira Interior
Introdução
O computador digital de propósito geral é o exemplo mais conhecido de um sistema digital.
Actualmente, os computadores digitais têm um papel de tal modo proeminente e crescente na
sociedade moderna, que em tempos vindouros os historiadores se referirão aos tempos actuais como
a Era da Revolução dos Computadores. Tal como a Revolução Industrial marcou o período em que
se aprendeu a aproveitar a energia para o trabalho das máquinas, também a Revolução dos
Computadores marca o período em que se aprendeu a aproveitar a microelectrónica para controlo e
processamento da informação.
Os computadores estão envolvidos nas nossas transações comerciais, nas comunicações, nos
transportes, no tratamento médico e no entretenimento. Controlam o nosso clima e ambiente. No
mundo industrial, são massivamente utilizados no projecto, manufactura, distribuição e vendas.
Contribuiram para muitas descobertas científicas e desenvolvimentos de engenharia que não se
poderiam ter alcançado de outra forma. Nomeadamente, o projecto de um novo processador para
um computador moderno não seria possível realizar-se sem o recurso a muitos computadores.
O aparecimento em 1960 do circuito integrado implicou para a electrónica digital um significativo
aumento do seu campo de aplicações, que culminou em 1971 com o surgir do primeiro
microprocessador construído numa única pastilha. Logo na primeira década após a sua aparição, o
microprocessador teve um enorme impacto no modo como vivemos e trabalhamos. O
microprocessador tornou-se no componente mais importante e complexo em todos os sistemas de
tratamento da informação. Em virtude da velocidade, precisão, baixo custo, pequeno tamanho e
baixo consumo, o hardware da electrónica digital revolucionou a computação, as comunicações, o
controlo e a aquisição de dados.
2.
Objectivos da disciplina
A maioria dos sistemas digitais complexos envolve hardware e software; sistemas digitais mais
simples poderão ter apenas hardware. Fundamentalmente é este tipo de sistemas que são objecto de
estudo na disciplina de Sistemas Digitais I. O estudo de sistemas mais complexos será realizado na
disciplina de Sistemas Digitais II. Estas duas disciplinas constituem assim o núcleo de disciplinas
que tratam o essencial dos Sistemas Digitais. Os conceitos apreendidos nestas disciplinas são
imprescindíveis para o desenvolvimento de projectos mais avançados, por exemplo nas áreas da
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Sistemas Digitais I
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arquitectura de computadores, instrumentação, automação e controlo. Ainda que o seu futuro
profissional não envolva o projecto de hardware digital, os engenheiros, físicos ou informáticos
podem tirar partido dos conhecimentos adquiridos no estudo dos sistemas digitais. Por exemplo, os
programadores terão um melhor entendimento de como o seu código é implementado, e os outros
entenderão como é que a digitalização afecta o modo como o seu trabalho pode ser representado e
interpretado por um computador.
A disciplina está estruturada em duas componentes: pretende-se fornecer uma consistente formação
teórica suportada por uma formação prática, de carácter laboratorial. É fundamental que os futuros
licenciados sejam possuidores de profundos conhecimentos teóricos e práticos de sistemas digitais e
que estejam habilitados, quando necessário, a aplicá-los nas suas actividades profissionais, com
capacidade de intervenção quer a nível nacional, quer a nível internacional.
Para que tal seja possível, é indispensável que as Licenciaturas tenham um elevado grau de
credibilidade. A Universidade da Beira Interior tem demonstrado estar sempre atenta a estas
questões, facilitando excelentes condições em termos de recursos humanos e recursos materiais,
para esse efeito. Entre outros recursos, podemos referir o Laboratório de Sistemas Digitais, os
meios computacionais existentes localmente e no Centro de Informática, incluindo a Rede Geral de
Informática da Universidade, com acessos nacionais e internacionais, os Serviços de
Documentação – Biblioteca, os Serviços Gráficos e de Publicações e o Centro de Recursos de
Ensino e Aprendizagem.
3.
A disciplina de Sistemas Digitais I nos Planos de Estudos das Licenciaturas
A disciplina de Sistemas Digitais I é ministrada pelo Departamento de Física da Universidade da
Beira Interior, como uma disciplina do tronco comum das Licenciaturas em Engenharia, específica
para as Licenciaturas em Engenharia Electromecânica, Engenharia Aeronáutica§, Engenharia
o
o
Mecânica e Engenharia Electrotécnica, estando posicionada no 2 semestre do 1 ano curricular.
A localização da disciplina nos planos de estudos é correcta, considerando que são suficientes os
conhecimentos adquiridos pelos alunos no Ensino Secundário. Dada a dualidade da sua natureza,
por um lado disciplina básica, por outro disciplina específica, parece-nos também ser motivador
o
para os alunos a sua inclusão no 1 Ano curricular, em contraponto às disciplinas propedêuticas
clássicas como, por exemplo, as Análises Matemáticas e as Físicas Gerais.
§
. Há algum tempo a licenciatura em Engenharia Aeronáutica foi reestruturada, tendo a disciplina passado a designar-se
Sistemas Digitais.
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Sistemas Digitais I
4.
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Programa Resumido
O programa de Sistemas Digitais I foi idealizado de modo a fornecer aos alunos técnicas formais de
especificação e representação de circuitos digitais de pequena complexidade (combinacionais e
sequenciais) e metodologias elementares de utilização de circuitos integrados digitais SSI e MSI.
Estes conhecimentos teóricos e práticos constituem uma base suficientemente sólida para apoiar
disciplinas subsequentes das áreas científicas de Electrotecnia e Electrónica e de Automação e
Controlo, em particular a disciplina de Sistemas Digitais II, que como já referimos complementa a
disciplina de Sistemas Digitais I no essencial dos Sistemas Digitais. O programa das aulas teóricas
da disciplina de Sistemas Digitais I está distribuído por cerca de 45 horas semanais, normalmente
menos devido aos dias feriados e a motivos imprevistos. Assim, nesse espaço temporal serão
apresentados os seguintes oito capítulos teóricos:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
5.
Códigos e sistemas de numeração.
Álgebra de Boole. Álgebra dos circuitos.
Tecnologia e fabrico de circuitos integrados digitais.
Circuitos combinacionais básicos.
Circuitos sequenciais básicos.
Circuitos sequenciais MSI.
Circuitos sequenciais síncronos.
Circuitos sequenciais assíncronos.
Critérios para a avaliação de conhecimentos
Ao longo das actividades lectivas, na disciplina de Sistemas Digitais I coexistem dois tipos de
avaliação: avaliação pontual da componente teórica, com um peso de 80% no cálculo da
classificação de ensino-aprendizagem, e avaliação contínua da componente laboratorial, que
contribui com um peso de 20% para o cálculo da classificação de ensino-aprendizagem.
A componente teórica é avaliada durante o período de ensino-aprendizagem através de duas provas
escritas de frequência: uma parcial intermédia, com peso 2 em 5, e uma global final, com peso 3
em 5. As datas de realização destas provas serão definidas na presença dos alunos na aula de
apresentação da disciplina, no início do semestre lectivo.
A componente laboratorial é avaliada de uma forma contínua. Os trabalhos de laboratório são
obrigatórios, pelo que a assiduidade é um dos factores a ter em consideração para a avaliação. Os
outros factores serão o desempenho demonstrado na realização dos trabalhos, a análise dos
respectivos relatórios e a discussão dos trabalhos com os alunos.
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Sistemas Digitais I
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Caso tenham obtido frequência, os alunos poderão realizar provas escritas de exames finais (época
normal, época de recurso ou época especial), onde se submeterão a nova avaliação da componente
teórica. Para o cálculo da classificação final esta avaliação terá um peso de 80%, correspondendo os
outros 20% à avaliação da componente laboratorial realizada durante o período de
ensino-aprendizagem.
5.1. Condições para a obtenção de frequência
Dado que a avaliação da componente laboratorial é de tipo contínuo, a classificação obtida é
determinante para a obtenção de frequência. Será concedida frequência a todos os alunos que, numa
escala de 0 a 20 valores, alcancem um mínimo de 10 valores. Se tal não acontecer, será atribuída a
classificação qualitativa de Não Admitido, o que implica a impossibilidade de aprovação à
disciplina.
5.2. Condições para a obtenção de aprovação
Como referimos anteriormente a classificação da componente laboratorial entra com um peso de
20% no cálculo da classificação de ensino-aprendizagem ou de exames finais. Os outros 80%
corresponderão à média pesada das classificações obtidas nas provas escritas de frequência ou nas
provas escritas de exames finais. A classificação final resultará da média ponderada dessas duas
classificações, excepto no caso de a classificação da componente teórica ser inferior a 8 valores,
numa escala de 0 a 20 valores. Considera-se aprovado o aluno cujo resultado da média ponderada
das classificações das componentes teórica e laboratorial seja superior a 10 valores, numa escala de
0 a 20 valores. A classificação que lhe é atribuída é quantitativa e corresponde ao valor inteiro mais
próximo dessa soma.
Os alunos aprovados no período de ensino-aprendizagem consideram-se dispensados da realização
do exame final, não havendo qualquer impedimento de o fazerem, caso pretendam melhorar a sua
classificação.
Aos alunos que satisfaçam as condições de obtenção de frequência, mas que não tenham aprovado
no período de ensino-aprendizagem, é atribuída a classificação qualitativa de Frequência, o que
indica que poderão submeter-se aos exames finais.
Nos critérios de avaliação de conhecimentos na disciplina de Sistemas Digitais I não está prevista a
realização de qualquer tipo de provas orais.
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Sistemas Digitais I
6.
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Bibliografia da disciplina
A bibliografia apresenta-se dividida em dois grupos: os textos de base e os textos complementares.
Como textos de base listam-se os textos que mais de perto acompanham as matérias leccionadas. Na
lista dos textos complementares podem encontrar-se obras escritas em português, que os alunos
normalmente preferem devido a dificuldades com o idioma, obras já com alguma antiguidade
consideradas clássicas (Peatman e Kohavi, por exemplo), entre muitas outras, constituindo um vasto
leque de alternativas aos textos de base.
6.1. Textos de base
• Taub, H., “Circuitos Digitais e Microprocessadores”, McGraw-Hill, 1982.
Os alunos são encorajados a consultar o original também referido nesta bibliografia.
• Wakerly, J. F., “Digital Design, Principles & Practices, 3/e”, Prentice Hall, 2001.
• Morris Mano, M. & Kime C. R., "Logic and Computer Design Fundamentals, Third Edition”,
Prentice Hall Int., 2003.
• Sistemas Digitais I: “Folhas de Apoio”, Dep. de Física, U.B.I., 2004/2005.
• Sistemas Digitais I: “Séries de Problemas”, Dep. de Física, U.B.I., 2004/2005.
• Sistemas Digitais I: “Enunciados dos Trabalhos de Laboratório”, Dep. de Física, U.B.I.,
2004/2005
• IEEE Standard: “Graphic Symbols for Logic Functions”, ANSI/IEEE Std. 91-1984.
• Texas Instruments, Inc., www.ti.com, informação on-line.
• Interactive Image Technologies Ltd., “multiSIM 2001 User Guide”, 2000.
6.2. Textos complementares
6.2.1. Escritos em português
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Padilla, A.J.G., “Sistemas Digitais”, McGraw-Hill, 1989.
Rodrigues, V. P. & Araújo, M. S., “Projecto de Sistemas Digitais”, Presença, 1988.
Nunes, M. S., “Sistemas Digitais”, Presença, 1982.
Branco, E. & Reis Silva, F., “Electrónica Digital”, Dinalivro, 1986
6.2.2. Escritos em inglês
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Taub, H., “Digital Circuits and Microprocessors”, McGraw-Hill, 1982.
Floyd, T.L., “Digital Fundamentals with VHDL”, Prentice Hall, 2002.
Cook, N.P., “Digital Electronics with PLD Integration”, Prentice Hall, 2000.
Katz, “Contemporary Logic Design”, Benjamin/Cummings Publishing Company, 1994.
Wilkinson, B. & Makki R., “Digital System Design”, Prentice Hall International, 1992.
Daniels, J.D., “Digital Design from Zero to One”, John Wiley & Sons, Inc., 1996.
Morris Mano, M., “Computer Engineering Hardware Design”, Prentice Hall, 1988.
Wiatrowski, C.A. & House, C.H., “Logic Circuits and Microcomputer Systems”, McGraw-Hill,
1980.
• Fletcher, W.I., “An Engineering Approach to Digital Design”, Prentice-Hall, Inc., 1980.
• Hayes, J.P., “Digital System Design and Microprocessors”, McGraw-Hill, 1985.
• Sandige, R.S., “Modern Digital Design”, McGraw Hill, 1990.
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Universidade da Beira Interior
Hill, F.J. & Peterson, G.R., “Digital Systems: Hardware Organization and Design”, Wiley, 1978.
Blakeslee, T.R., “Digital Design with Standard MSI and LSI, 2/e”, 1979.
Dietmeyer, D.L., “Logic Design of Digital Systems, 3/e”, Allyn-Bacon, 1988.
Peatman, J.B., “The Design of Digital Systems”, McGraw-Hill, 1972.
Kohavi, Z., “Switching and Finite Automata Theory, 2/e”, McGraw-Hill, 1978.
Vários, Catálogos (Data Sheets) de vários fabricantes.
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