Sistemas Digitais

Código:

L.EEC005

Sigla:

SD

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Eletrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2023/2024 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.EEC	287	Plano Oficial	1	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A unidade curricular tem como objetivos fundamentais:
• Dar a conhecer os fundamentos teóricos bem como aspetos práticos da análise e síntese de sistemas digitais (combinatórios e sequenciais);
• Proporcionar uma introdução ao projeto de sistemas digitais utilizando ferramentas computacionais para simulação e síntese;
• Introduzir conceitos fundamentais associados ao funcionamento e organização interna de processadores e à sua programação.

Resultados de aprendizagem e competências

Após ter concluído com sucesso esta unidade curricular os estudantes deverão ser capazes de:
• Usar diferentes bases (decimal, binária, octal e hexadecimal) para a representação e manipulação de números inteiros e fracionários, com e sem sinal, e realizar operações de adição e subtração nessas bases.
• A partir de descrições informais de funções combinatórias, obter representações na forma de tabelas de verdade, expressões lógicas, somas de termos mínimos (minterms) ou produtos de termos máximos (maxterms), e efetuar transformações que permitam reduzir a sua complexidade e simplificar os circuitos que as realizam.
• Analisar e projetar circuitos simples com blocos digitais combinatórios básicos, tais como portas lógicas, multiplexadores, descodificadores, somadores e comparadores.
• Compreender o funcionamento de dispositivos digitais bi-estáveis (flip-flops) e a sua utilização na realização de circuitos sequenciais síncronos.
• A partir de descrições informais do funcionamento pretendido, obter representações de máquinas de estado finitos (FSM), tais como tabelas de transição de estados e diagramas de transição de estados.
• Analisar e projectar circuitos sequenciais simples baseados em flip-flops, registos, contadores e registos de deslocamento.
• Compreender a organização e o funcionamento do percurso de dados de um processador simples (ALU, registos, multiplexadores e barramentos) e da sua unidade de controlo (descodificação de instruções e sequenciação).
• Desenvolver e analisar programas simples em linguagem simbólica envolvendo operações aritméticas e lógicas, testes e saltos.
• Aprender os princípios básicos da utilização de programas de captura esquemática e simulação (Digital).

Nas aulas da unidade curricular é esperado que os estudantes desenvolvam e demonstrem capacidades de comunicação oral e escrita, bem como aptidões pessoais e interpessoais de cooperação e trabalho em grupo.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

• Sistemas de numeração posicional. Representação de números inteiros, com e sem sinal. Aritmética binária.
• Álgebra de Boole: aplicação à simplificação de expressões lógicas. Análise e síntese de circuitos combinatórios utilizando portas lógicas e blocos funcionais mais complexos (tais como, multiplexadores, descodificadores e comparadores). Introdução à descrição estrutural e simulação de circuitos digitais.
• Dispositivos digitais bi-estáveis (flip-flops) e sua utilização na realização de circuitos sequenciais síncronos e máquinas de estados. Análise e síntese de máquinas de estados utilizando contadores e registos de deslocamento.
• Identificação dos principais blocos constituintes de uma arquitetura de processamento, e apresentação da organização e funcionamento de um processador simples e do seu conjunto de instruções.

Bibliografia Obrigatória

António José Araújo; Sistemas Digitais - Exercícios resolvidos e propostos, Autor/FEUP, 2021
José Carlos Alves; Sistemas Digitais, Autor/FEUP, 2005

Bibliografia Complementar

Morgado Dias; Sistemas Digitais - Princípios e Prática, FCA, 2013. ISBN: 978-972-722-700-6
John F. Wakerly; Digital design: Principles and Practices, 5th Edition, Pearson, 2018. ISBN: 9780134460093

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Os conceitos e fundamentos sobre os vários conteúdos do programa da unidade curricular são expostos nas aulas teóricas (T), acompanhados de exemplos ilustrativos e de resolução de exercícios.

Nas aulas práticas laboratoriais (PL) são resolvidos exercícios e são realizados trabalhos experimentais que introduzem técnicas de análise e projeto de sistemas digitais recorrendo a ferramentas de simulação e síntese. A sequência de trabalhos conduz à realização de um processador elementar capaz de executar sequências de instruções.

Software

Digital (https://github.com/hneemann/Digital)

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	60,00
Participação presencial	40,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	110,00
Frequência das aulas	52,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

A obtenção de frequência exige que os estudantes se inscrevam em turmas, para participarem nas aulas PL, e não excedam o número limite de faltas, correspondente a 25% das aulas PL previstas, isto é, não tenham mais de 3 faltas.

Inscrição em turmas:

• Os estudantes com inscrições anteriores podem ser avaliados sem estarem inscritos em turmas. Por isso, não devem inscrever-se em nenhuma turma. Se o fizerem perdem a frequência obtida anteriormente e ficam sujeitos ao regime de faltas e à componente de avaliação formada por questionários (Q) em aulas PL.

• Ainda assim, estes estudantes são fortemente encorajados a participar de forma regular nas aulas teóricas (T). Se pretenderem voltar a realizar trabalhos laboratoriais poderão fazê-lo fora do horário normal das aulas, com o apoio dos respetivos docentes e dos técnicos de laboratório, com base em marcação e reserva prévia. Podem fazê-lo também no horário das aulas práticas laboratoriais (PL) de uma turma da sua escolha, desde que aceites pelo docente responsável por essa turma e nas condições que indicar.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final (CF) é determinada por cinco questionários (Q), a realizar nas aulas PL, e dois testes (T1 e T2). Cada teste cobrirá a matéria apresentada nas aulas T e nos trabalhos laboratoriais realizados nas aulas PL.
A classificação final (CF) é calculada pela expressão:

CF = 0,4 x Q + 0,3 x T1 + 0,3 x T2

Para obterem aprovação na unidade curricular, os estudantes devem satisfazer a condição exigida para obtenção de frequência e conseguir uma classificação final arredondada superior ou igual a 10 valores.

Obs.

• Caso o estudante já tenha frequência do ano anterior e opte por não frequentar as aulas PL (não se inscrevendo nas turmas), a sua classificação final (CF) é calculada pela mesma expressão mas com a componente Q obtida na edição anterior (ver documento na página de Conteúdos do Sigarra).

• Na época de recurso os estudantes que tenham obtido frequência podem ainda realizar uma prova de recurso (PR), para efeitos de aprovação ou melhoria da classificação final.

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação pode ser efetuada realizando a prova de recurso (PR) ou no ano letivo seguinte.

A prova de recurso avalia toda a matéria e tem duas partes: uma sobre a matéria das aulas T e a outra sobre os trabalhos das aulas PL. A classificação obtida em PR, se superior, substitui a média dos testes T1 e T2 no cálculo da classificação final (CF).

Observações

Dúvidas relativas a assuntos das aulas PL deverão ser colocadas, preferencialmente, aos docentes das respetivas turmas.

Os docentes responsáveis por esta unidade curricular estão disponíveis para atendimento por marcação (via e-mail) ou em horário a definir:

- Prof. António José Araújo (AJA), aja@fe.up.pt, gabinete I236;
- Prof. Hélio Sousa Mendonça (HSM), hsm@fe.up.pt, gabinete I230.