Sistemas Digitais I Licenciaturas em Engenharia Electromecânica, Engenharia Mecânica e Engenharia Electrotécnica

Transcrição

1 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

2 1. 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 - 1 -

3 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 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 Mecânica e Engenharia Electrotécnica, estando posicionada no 2 o semestre do 1 o 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 para os alunos a sua inclusão no 1 o 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

4 4. 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. Códigos e sistemas de numeração. 2. Álgebra de Boole. Álgebra dos circuitos. 3. Tecnologia e fabrico de circuitos integrados digitais. 4. Circuitos combinacionais básicos. 5. Circuitos sequenciais básicos. 6. Circuitos sequenciais MSI. 7. Circuitos sequenciais síncronos. 8. Circuitos sequenciais assíncronos. 5. 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

5 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 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 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

6 6. 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 Textos de base Taub, H., Circuitos Digitais e Microprocessadores, McGraw-Hill, Os alunos são encorajados a consultar o original também referido nesta bibliografia. Wakerly, J. F., Digital Design, Principles & Practices, 3/e, Prentice Hall, Morris Mano, M. & Kime C. R., "Logic and Computer Design Fundamentals, Third Edition, Prentice Hall Int., 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 Texas Instruments, Inc., informação on-line. Interactive Image Technologies Ltd., multisim 2001 User Guide, Textos complementares Escritos em português Padilla, A.J.G., Sistemas Digitais, McGraw-Hill, Rodrigues, V. P. & Araújo, M. S., Projecto de Sistemas Digitais, Presença, Nunes, M. S., Sistemas Digitais, Presença, Branco, E. & Reis Silva, F., Electrónica Digital, Dinalivro, Escritos em inglês Taub, H., Digital Circuits and Microprocessors, McGraw-Hill, Floyd, T.L., Digital Fundamentals with VHDL, Prentice Hall, Cook, N.P., Digital Electronics with PLD Integration, Prentice Hall, Katz, Contemporary Logic Design, Benjamin/Cummings Publishing Company, Wilkinson, B. & Makki R., Digital System Design, Prentice Hall International, Daniels, J.D., Digital Design from Zero to One, John Wiley & Sons, Inc., Morris Mano, M., Computer Engineering Hardware Design, Prentice Hall, Wiatrowski, C.A. & House, C.H., Logic Circuits and Microcomputer Systems, McGraw-Hill, Fletcher, W.I., An Engineering Approach to Digital Design, Prentice-Hall, Inc., Hayes, J.P., Digital System Design and Microprocessors, McGraw-Hill, Sandige, R.S., Modern Digital Design, McGraw Hill,

7 Hill, F.J. & Peterson, G.R., Digital Systems: Hardware Organization and Design, Wiley, Blakeslee, T.R., Digital Design with Standard MSI and LSI, 2/e, Dietmeyer, D.L., Logic Design of Digital Systems, 3/e, Allyn-Bacon, Peatman, J.B., The Design of Digital Systems, McGraw-Hill, Kohavi, Z., Switching and Finite Automata Theory, 2/e, McGraw-Hill, Vários, Catálogos (Data Sheets) de vários fabricantes