Laboratório de Sistemas Digitais

Código:

EEC0006

Sigla:

LSDI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2018/2019 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica 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
MIEEC	306	Plano de estudos oficial	1	-	7,5	70	202,5

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A unidade curricular tem três objetivos fundamentais: 1) explicar os fundamentos teóricos e aspetos práticos da análise e síntese de sistemas digitais (combinacionais e sequenciais); 2) proporcionar uma introdução ao projeto de sistemas digitais utilizando linguagens de descrição de hardware e ferramentas computacionais para especificação, simulação e síntese, e 3) introduzir os conceitos fundamentais associados à organização interna e funcionamento de microprocessadores e à sua programação em linguagem assembly.

Resultados de aprendizagem e competências

Após ter concluído com sucesso a unidade curricular Laboratório de Sistemas Digitais, 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 combinacionais, 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 implementam.
• Analisar e projetar circuitos simples com blocos digitais combinacionais 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 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 microprocessador simples (ALU, registos, multiplexadores e barramentos) e da sua unidade de controlo (descodificação de instruções e sequenciação).
• Desenvolver e analisar programas simples em linguagem assembly envolvendo operações aritméticas e lógicas, testes e saltos.
• Construir e analisar programas modulares e estruturados com subrotinas.
• Interpretar e descrever a estrutura de um sistema digital usando uma linguagem de descrição de hardware (Verilog) tirando partido dos conceitos de modularidade e hierarquia.
• Utilizar ferramentas de software de captura esquemática, simulação e síntese (Xilinx ISE e ModelSim) para a implementação de circuitos digitais em lógica programável (FPGAs).

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

Modo de trabalho

Presencial

Programa

• Sistemas de numeração e representação de números inteiros e fracionários. Aritmética binária.
• Álgebra de Boole: aplicação à simplificação de expressões lógicas. Análise e síntese de circuitos combinacionais utilizando portas lógicas e blocos funcionais mais complexos (multiplexadores, descodificadores e comparadores).
• 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.
• Descrição estrutural e simulação de circuitos digitais utilizando a linguagem de descrição de hardware Verilog.
• Introdução à arquitetura de microprocessadores e identificação dos principais blocos constituintes. Unidades de descodificação, controlo, operação e encaminhamento de dados. Modelo de execução de programas residentes em memória.
• Programação em linguagem assembly: principais instruções. Subrotinas e programação estruturada.
• Breve referência aos constituintes fundamentais de um sistema baseado num microprocessador e às características principais das tecnologias de realização física de circuitos integrados digitais.

Bibliografia Obrigatória

José Carlos Alves; Sistemas Digitais, Autor/FEUP, 2005
António José Araújo; Laboratório de Sistemas Digitais - Exercícios resolvidos e propostos, Autor/FEUP, 2018

Bibliografia Complementar

Guilherme Arroz, José Monteiro, Arlindo Oliveira; Arquitectura de Computadores: dos Sistema Digitais aos Microprocessadores, IST Press, 2007. ISBN: 9789728469542
Morgado Dias; Sistemas Digitais - Princípios e Prática, FCA, 2013. ISBN: 978-972-722-700-6
John F. Wakerly; Digital design. ISBN: 0-13-089896-1
David A. Patterson, John L. Hennessy; Computer organization and design. ISBN: 978-0-12-374493-7

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). As aulas teórico-práticas (TP) complementam a função das aulas T com exemplos ilustrativos e resolução de exercícios. Nas aulas práticas laboratoriais (PL) são realizados trabalhos experimentais que introduzem técnicas de análise e projeto de sistemas digitais recorrendo a ferramentas computacionais de desenvolvimento.

Software

Xilinx ISE (http://www.xilinx.com/support/download/index.html/content/xilinx/en/downloadNav/design-tools/archive.html)
ModelSim (http://model.com/content/modelsim-downloads)
Mars (http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/MARS/)

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrotécnica
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de computadores

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	115,00
Frequência das aulas	65,00
Trabalho laboratorial	22,50
Total:	202,50

Obtenção de frequência

Para obter frequência, o estudante não pode exceder o número limite de faltas, correspondente a 25% das aulas PL previstas, isto é, não pode exceder 3 faltas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final desta unidade curricular, sujeita a avaliação distribuída sem exame final, é baseada em quatro provas: dois testes (T1 e T2) e duas fichas práticas (F1 e F2).  Estas provas possuem todas o mesmo peso no cálculo da classificação final. Os testes avaliam o conhecimento da matéria apresentada nas aulas T e TP, enquanto as fichas práticas, realizadas no Moodle, incidem principalmente sobre os trabalhos laboratoriais realizados nas aulas PL.

Os estudantes que já estiveram inscritos na unidade curricular em ano anterior, sem a ter concluído, tendo obtido uma classificação média nas fichas F1 e F2 superior ou igual a 6,0 valores, poderão, se assim desejarem, utilizá-la no cálculo da classificação final não realizando F1 e F2 no corrente ano.

Para aprovação na unidade curricular, os estudantes devem satisfazer a condição exigida para obtenção de frequência, conseguir uma classificação final arredondada superior ou igual a 10 valores e uma classificação superior ou igual a 6,0 valores, quer na média das fichas F1 e F2, quer na média dos testes T1 e T2.

 

 

Provas e trabalhos especiais

Todos os estudantes, tenham ou não obtido aprovação depois da realização das quatro provas, podem realizar duas provas extra: uma, no Moodle, incidindo sobre a parte laboratorial e outra, escrita, incidindo sobre a matéria das aulas T e TP. A classificação obtida na primeira (F), se superior, substitui a media de F1 e F2 na fórmula de cálculo da classificação final.  A classificação da segunda (T), se superior, substitui a média de T1 e T2.  Os estudantes poderão realizar uma ou ambas as provas.

Estudantes que tenham faltado a alguma(s) das quatro componentes de avaliação (F1, F2, T1 ou T2), e que tenham submetido justificação aceite pela Direção do MIEEC, poderão realizar uma ou ambas as provas extra.  As suas classificações (F e T) serão utilizadas no cálculo da classificação final da forma referida acima.

Melhoria de classificação

Exames para melhoria de classificação final podem ser realizados só no ano letivo seguinte.  Abrangem toda a matéria abordada e a nova classificação não tem em consideração provas realizadas em anos anteriores. Os estudantes que pretendam melhorar a classificação devem apresentar requerimento junto dos Serviços Académicos, respeitando os prazos estabelecidos por estes.

A melhoria de classificação envolve a realização das duas provas extra referidas na secção relativa a Provas e Trabalhos Especiais.  A nova nota final será calculada como a média de F e T, e substitui a nota anterior se for mais elevada.

Observações

Notas:
• A inscrição em turmas é obrigatória para qualquer estudante que não tenha obtido frequência num ano letivo anterior.
• Não se devem inscrever em turmas os estudantes que tenham obtido frequência em ano letivo anterior e não tenham obtido aprovação.  Estes estudantes podem realizar todas as provas, mesmo sem estarem inscritos em turmas.  Se pretenderem voltar a realizar os trabalhos laboratoriais poderão fazê-lo fora do horário normal das aulas, com o apoio dos respetivos docentes e dos técnicos de laboratório.
• Os estudantes que, apesar de estarem dispensados de se inscreverem numa turma escolham ainda assim fazê-lo, ficam sujeitos ao regime de faltas e perdem o estatuto de frequência obtido em ano letivo anterior.

Os docentes responsáveis por esta unidade curricular estão disponíveis nos horários das aulas T e TP, ou por marcação (e-mail):
- Prof. José Silva Matos (JSM), jsm@fe.up.pt, gabinete I235;
- Prof. António José Araújo (AJA), aja@fe.up.pt, gabinete I236.