Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-1 TEMA 1. Introducción INDICE: • SISTEMAS • SISTEMAS CONTINUOS Y DISCRETOS EN EL TIEMPO • SEÑALES • SISTEMAS DIGITALES • DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DIGITALES Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-2 SISTEMAS El concepto de SISTEMA se extiende a una amplia variedad de campos: • • • • • • • • • Comunicaciones Aeronáutica y Astronáutica Diseño de Circuitos Acústica Seismología Ingeniería Biomédica Sistemas de Distribución y de generación de Energía Control de Procesos Químicos Procesado de Señales Todos los sistemas responden a una excitación en particular con una señal de respuesta y un comportamiento definido. Un sistema puede verse como cualquier proceso que realice transformación de señales: Señal de Entrada SISTEMA Señal de Salida ENTRADA / SALIDA DE UN SISTEMA La entrada es el estímulo, la excitación que recibe un sistema desde una fuente de energía externa, usualmente para producir una respuesta específica. La salida es la respuesta real que se obtiene de un sistema. Puede ser o no igual a la respuesta implícita especificada por la entrada. Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-3 SISTEMAS CONTINUOS Y DISCRETOS EN EL TIEMPO Las señales de entrada y salida de un sistema, así como las que intervienen en la dinámica del sistema, son siempre función de una variable independiente, normalmente el tiempo t. Una señal dependiente de valores continuos de la variable independiente t se denomina señal continua en el tiempo. (SEÑAL ANALÓGICA) Una señal definida solamente en instantes discretos del valor de la variable independiente t de la que depende, se denomina señal discreta en el tiempo. (SEÑAL DIGITAL) Ejemplos de Señales: • El voltaje continuo que varia senoidalmente v(t) o la corriente alterna i(t), que proporciona la red eléctrica es una señal continua en el tiempo, pues está definida para cada instante de tiempo t. Aunque solo se habla de su valor eficaz (220 V) y su frecuencia (50Hz). • El intermitente de un automóvil proporciona una señal discreta, al igual que una baliza de señalización marina. O está encendido o está apagado. • La temperatura ambiente de una habitación es una señal claramente continua en el tiempo (podemos saber en cualquier momento cual es la temperatura); sin embargo, si tomamos la temperatura cada hora, estamos obteniendo una señal discreta. Este proceso se llama muestreo y permite establecer una relación entre el mundo ANALÓGICO y el mundo DIGITAL . Por otro lado, en función del tipo de señales que “procesen” los sistemas podemos considerar sistemas continuos “Analógicos”, si lo que procesan son señales continuas, o sistemas discretos “Digitales”, si lo hacen con señales discretas. Los computadores no son más que sistemas DIGITALES, procesan señales DIGITALES. UNOS Y CEROS. Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-4 SEÑALES ANALÓGICAS: 0 2.0 4.0 v(V) 0 10 20 30 40 50 60 70 t (ms) DISCRETAS 0 2.0 4.0 v(V) 1 5 10 15 20 nº de muestra DIGITALES: bit B4 B3 B2 B1 B0 nº ciclo Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-5 SISTEMAS DIGITALES Están formados básicamente por: CIRCUITOS DIGITALES COMBINACIONALES • las salidas en un instante determinado sólo son función de las entradas en dicho instante. CIRCUITOS DIGITALES SECUENCIALES • las salidas en un instante determinado no son sólo función de las entradas en dicho instante, si no que además, dependen de entradas previas. Son sistemas con memoria. DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DIGITALES (HARDWARE) Nivel Sistema Dominio Comportamiento Algorítmico Transferencia de Registros Lógico Dispositivo Procesos, Características Ligaduras en algoritmos de I/O Transferencia de Registros Ecuaciones Booleanas y de Transición de Estado Ecs. de Red V(t) I(t) Estructura Físico (chip) Procesadores, Memorias U. Funcionales Puertos de Men. Unid. Funcionales Registros Puertas Lógicas LATCHES Particiones Básicas Particiones Básicas FLOORPLAN Macroceldas CELDAS Transistores Conexiones Geometría Exacta NOS CENTRAREMOS EN EL NIVEL LÓGICO Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-6 NIVELES DE REPRESENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DIGITALES NIVEL DE DISPOSITIVO (DOMINIO GEOMÉTRICO): Tipo de capa Parámetros geométricos (W, L) Reglas de diseño L W NIVEL DE DISPOSITIVO O ELÉCTRICO: VDD D G B VIN VOUT S Modelado de dispositivos Transistores, conexiones Parámetros eléctricos (I , V) Ecuaciones de red GND NIVEL LÓGICO: Puertas lógicas, latches IN OUT Valores lógicos y temporales Ecuaciones booleanas, A transiciones de estado S B Fundamentos de los Computadores. Introducción. T1-7 NIVEL TRANSFERENCIA DE REGISTRO (RT) REG. A REG. B Registros, unidades funcionales Ecuaciones de transferencia de registros ALU REG. C NIVEL ALGORÍTMICO (ISP) Unidades Funcionales Memoria Unidades funcionales, puertos de memoria Juego de instrucciones del procesador Ligaduras en algoritmos de I/O Unidad de procesado Unidad de Control NIVEL DE SISTEMA (PMS): Procesador 1 Procesador 2 Procesador N Procesadores, memoria Procesos, prestaciones Red de Interconexión Memoria 1 Memoria 2 Memoria N