Sistemas Digitales: De las puertas lógicas al procesador

Universitat Autònoma de Barcelona via Coursera

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Introduction

### Course Review: Sistemas Digitales: De las puertas lógicas al procesador If you're looking to delve into the world of digital systems and gain practical insights into the design of modern digital circuits, the Coursera course "Sistemas Digitales: De las puertas lógicas al procesador" is an exceptional choice. This course provides a thorough foundation for students in engineering disciplines closely related to information and communications technology (ICT). #### Overview "Sistemas Digitales" aims to equip students with the fundamental principles of digital circuit design. The course adopts a pragmatic approach, focusing more on the system as a whole rather than the underlying electronics. This perspective is particularly advantageous for those aiming to build complex digital systems. Unlike traditional courses that may linger on electronic theories, this course emphasizes practical applications and real-world relevance. #### Course Structure The course is structured into several modules, each meticulously designed to facilitate learning through a mix of theory and practical exercises: 1. **Introduction Module**: This module prepares students for the course, explaining its functionalities, grading criteria, and forum operations. It also includes installation manuals for a virtual machine necessary for course participation and introductory materials on binary systems, algorithms, and pseudocode. 2. **Digital Systems Fundamentals**: This section presents an introductory exploration of digital systems, featuring video lessons and exercises to familiarize students with the concepts while providing a glimpse into the processor design. 3. **Combinational Circuits (I & II)**: These modules delve deep into combinational circuits, offering insights into classical design techniques and tools for design assistance. Throughout these topics, students will engage with VerilUOC_Desktop—a vital tool for practical applications. 4. **Arithmetic Circuits & Introduction to VHDL**: Students will learn about arithmetic circuits and be introduced to VHDL, a hardware description language fundamental for formal circuit design. The course sets realistic expectations regarding VHDL, focusing on comprehension rather than expertise. 5. **Sequential Circuits (I & II)**: Continuing the journey, this section introduces sequential circuits possessing memory capabilities. Important concepts like registers, shift registers, and counters will be covered, alongside practical exercises utilizing VerilUOC_Desktop. 6. **Finite State Machines**: This module explores how to implement sequential circuits using algorithms alongside a formal introduction to finite state machines and their modeling in VHDL. 7. **Implementation of Digital Systems**: As students reach the culmination of the course, this module provides insights into constructing modern digital systems, from simple circuits to complex systems with millions of gates. Although the course cannot delve deeply into this topic due to time constraints, it aims to inspire further exploration. #### Recommendations This course is highly recommended for first-year engineering students, particularly those with interests in fields related to information and communications technology. Its practical focus makes it an excellent foundation for further studies in digital circuit design and system implementation. Moreover, the course’s format—consisting of interactive videos, hands-on exercises, and the use of widely recognized software tools—ensures that students not only learn the theoretical aspects but also gain significant practical experience. #### Conclusion In conclusion, "Sistemas Digitales: De las puertas lógicas al procesador" is a comprehensive course that successfully bridges the gap between theory and practice in digital systems design. It is well-structured, informative, and engaging, making it an ideal choice for aspiring engineers looking to understand the dynamics of digital circuits. Whether you're aiming to enhance your current skills or start fresh in the field, this course promises valuable insights and practical knowledge, preparing you for the exciting world of digital technology.

Syllabus

Todo lo que necesitas saber para comenzar el curso

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En este primer módulo hemos recopilado todo aquello que necesitas saber para comenzar el curso en condiciones.
Consta de 4 bloques en los que encontrarás:

• Una explicación, en el apartado de "Bienvenida", de cómo funciona el curso,
• información sobre cuestiones de interés general como ¿cómo seré evaluado?, ¿cómo puedo conseguir un certificado?, ¿cómo funcionan los foros?, etc.,
• los manuales de instalación de una máquina virtual que necesitarás instalar en tu ordenador para seguir el curso
• y un conjunto de vídeos y ejercicios sobre el sistema de numeración binario, los algoritmos y el pseudocódigo por si necesitas refrescar conocimientos.

¿Qué son los Sistemas Digitales?

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TEMA 1: Este módulo es una introducción a los sistemas digitales.
Contiene: Los vídeos de las lecciones, los ejercicios correspondientes, y dos vídeos en los que se introduce el procesador que iremos diseñando a lo largo del curso.
Lee el "Índice de las lecciones" para más información.

Circuitos Combinacionales (I)

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TEMA 2: En este módulo estudiaremos los circuitos combinacionales.
Lee el "Índice de las lecciones" para más información.
Para resolver los ejercicios de este módulo necesitarás utilizar VerilUOC_Desktop. El apartado VerilUOC_Desktop de esta misma semana (tema-semana 2) contiene unos vídeos explicativos, una wiki y unas FAQs que te ayudarán a trabajra con estas herramientas.

Circuitos Combinacionales (II)

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TEMA 3: Continuamos con el estudio de los circuitos combinacionales. Si bien en el módulo anterior trabajamos las técnicas clásicas de diseño de circuitos combinacionales, aquí nos centraremos en otros temas como las herramientas de ayuda al diseño, de las que daremos algunas pinceladas, o la síntesis de este tipo de circuitos a partir de su descripción algorítmica.
Lee el "Índice de las lecciones" para más información.
También para resolver los ejercicios de este módulo necesitarás utilizar VerilUOC_Desktop. Recuerda que en el apartado "VerilUOC_Desktop" de la semana 2 tienes toda la información que necesitas sobre el funcionamiento de dicha herramienta.

Circuitos aritméticos + Introducción al VHDL

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TEMA 4: Este módulo tiene un doble objetivo:

• En primer lugar completaremos el estudio de los circuitos combinacionales presentando unos pocos circuitos aritméticos de cierta complejidad.
• En segundo lugar introduciremos el lenguaje de descripción hardware VHDL que utilizaremos más adelante para describir formalmente los circuitos.

Es importante entender que el objetivo que persigue esta introducción al VHDL no es el formar expertos capaces de modelizar y diseñar circuitos a partir de VHDL, cosa que obviamente requeriría mucho más tiempo y esfuerzo del que le dedicamos aquí, sino el de proporcionarte unos conocimientos básicos de este lenguaje que te permitan interpretar (entender) un código VHDL de complejidad media.

Circuitos Secuenciales (I)

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TEMA 5: En este módulo comenzamos el estudio de los circuitos secuenciales, circuitos que tienen capacidad de memoria.
Lee el "Índice de las lecciones" para más información.
Para resolver los ejercicios de este módulo necesitarás utilizar VerilUOC_Desktop. Sobre dicha herramienta:
(1) recuerda que puedes consultar su funcionamiento general en el apartado "VerilUOC_Desktop" de la semana 2;
(2) esta semana necesitarás utilizar la herramienta VerilChart que explicamos en el "Vídeo 2 sobre el funcionamiento de VerilUOC_Desktop: Boolmin y VerilChart" de la semana 2; así que te recomendamos que repases (o visualices por primera vez si todavía no lo has hecho) esta parte.
(3) Finalmente, esta semana hemos introducido nuevos vídeos sobre el uso de VerilUOC_Desktop en la implementación de circuitos secuenciales que creemos que te pueden ser muy útiles.

Circuitos Secuenciales (II)

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TEMA 6: Continuamos estudiando los circuitos secuenciales, centrándonos ahora en los registros, registros de desplazamiento, contadores y (una breve ojeada a las memorias. Como siempre, te recomendamos que leas el "Índice de las lecciones" para más información. La información sobre VerilUOC_Desktop la puedes encontrar en la semana 2 (apartado "VerilUOC_Desktop), y en la semana 5, (apartado "Los circuitos secuenciales en VerilUOC_Desktop" ).

Máquinas de estados finitos

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TEMA 7: Este módulo tiene un doble objetivo:

• En primer lugar, se completa el estudio de los circuitos secuenciales viendo, a semejanza de lo que hicimos en la lección L3.4, cómo implementar estos circuitos a partir del algoritmo que describe su funcionamiento.
• En segundo lugar, definiremos formalmente las máquinas de estados finitos (MEFs) y veremos cómo modelarlas en VHDL.

Implementación de sistemas digitales

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FELICIDADES, ¡has llegado al último módulo del curso!
En este módulo daremos unas pinceladas acerca de cómo se construyen hoy en día los sistemas digitales, desde los más pequeños hasta los sistemas que incluyen millones de puertas.
Con las limitaciones de este curso no nos será posible profundizar mucho en el tema, pero esperamos que lo que veas te guste y te motive para seguir aprendiendo.