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Didáctica y divulgación de la programación

La asignatura Fundamentos de Sistemas Digitales del primer curso del grado en Ingeniería Informática y del grado en Ingeniería en Tecnologías de la Información de la UNED es una de las asignaturas más duras de la carrera y requiere una dedicación y forma de preparación especial. En este post voy a facilitar unas indicaciones y apuntes que pueden servir para aprobar la asignatura. No obstante, cada cuál ha de decidir cómo estudiarla, desde aquí únicamente voy a darte las indicaciones que yo personalmente considero adecuadas, entendiendo que eres tú quien debe decidir cómo abordar la asignatura.

Unas primeras indicaciones:

- Una asignatura del grado en Ingeniería Informática o de Ingeniería en Tecnologías de la Información requiere de media 150 horas, lo que puede equivaler a unas 10 horas de dedicación (a estudio y prácticas según corresponda) semanales, grosso modo. Hazte a la idea de que la asignatura de Fundamentos de Sistemas Digitales te va a requerir el doble si como la mayoría de los alumnos no has estudiado electrónica digital previamente, es decir, te va a requerir unas 300 horas de dedicación. ¿Es esto justo? No vamos a entrar a discutir si es justo o no, desde aquí únicamente vamos a tratar de indicarte cómo superar la asignatura.

- Al requerir una dedicación especial, no queda más remedio que matricularse de menos asignaturas para poder abordar esta, o bien seguir otra estrategia, que es comenzar a estudiarla antes de que comience el curso académico en sí (pongamos que en agosto), para llevar adelantada una buena parte del temario cuando comience el curso. Decide tú qué es lo que te parece más adecuado.

- Una dificultad para abordar la asignatura es que en el texto base se entremezclan partes aceptablemente explicadas y claras, con otras partes mal explicadas y farragosas. Además la primera parte del temario es de las farragosas en el texto base, lo cual puede dificultar el arranque y avance con la asignatura. Hay personas que deciden seguir el libro, otras que deciden seguir video tutoriales, otras que deciden seguir apuntes, otras que van mezclando una cosa y otra, etc. Nosotros vamos a recomendar seguir los apuntes que facilitaremos, echando "un vistazo" al texto base para comprobar la correspondencia/concordancia. Ten en cuenta que es un material gratuito y por tanto no se garantiza que esté completo ni que esté exento de errores. Otro aspecto a comprobar es que no haya cambios en los temarios (en esta asignatura el temario en general es año tras año el mismo, pero siempre debe comprobarse por si acaso el equipo docente introduzca cambios).

- Para poder abordar las prácticas debes avanzar rápido en el estudio del temario. Teniendo los conceptos teóricos estudiados, las prácticas tienen una dificultad "asumible". Si no tienes estudiados los conceptos teóricos, no podrás realizar las prácticas. Las prácticas te consumirán bastante tiempo, pero son un buen refuerzo de cara al examen.

- Un error habitual en el estudio de esta asignatura es dedicar gran tiempo a recopilar apuntes diversos, video-tutoriales, libros, exámenes resueltos, materiales, etc. Al final se acumulan cientos de horas de materiales cuyo estudio resulta imposible debido a su extensión, la atención se dispersa, no se avanza adecuadamente, y se fracasa en la superación de la asignatura. Por ello mi recomendación es centrarse en avanzar utilizando el mínimo de fuentes de información necesarias y no recopilando decenas y decenas de documentos y videos que no va a haber tiempo de estudiar. Nuestra recomendación va a ser seguir únicamente:

a) La guía de la asignatura como referencia para comprobar el correcto avance.

b) Los apuntes que facilitaremos en este hilo, que se centran en lo necesario para avanzar en los aspectos importantes de la asignatura.

c) Los exámenes resueltos que facilitamos en el hilo https://aprenderaprogramar.com/foros/index.php?topic=6938.0 , no te van a hacer falta más.

d) Para comprobar que el avance es conforme a lo previsto en la guía, vete punteando sobre el texto base los apartados estudiados. Ten en cuenta que algunos apartados del texto base pueden considerarse poco relevantes (por ejemplo por no entrar en el examen habitualmente) y por tanto no nos detendremos en ellos, mientras que otros serán muy relevantes y nos detendremos mucho en ellos.

Céntrate en avanzar desde el primer minuto, no en recopilar materiales que luego no tendrás tiempo de estudiar. Créate tus propios esquemas o resúmenes como forma de interiorizar lo estudiado. Vete resolviendo ejercicios de exámenes de las partes del temario estudiadas desde el primer momento, no esperes a llegar al final del temario para resolver exámenes.

Descárgate el archivo adjunto, que contiene un ejemplo de examen y dedícale no más de 20 minutos a observarlo. No hagas nada con este archivo. Tan sólo obsérvalo y hazte una idea de cómo puede ser un examen.

Como estamos centrados, comenzamos.

Examen resuelto

Para descargar el enunciado y el examen resuelto pulsa el link de descarga que aparece al final (para poder verlo y descargarlo es necesario estar logado en los foros). A continuación se muestra tan solo una referencia del contenido del examen.

Referencia FSD sep11 RF.

Nota: de este examen solo está resuelta una pregunta del test. Si resuelves otros apartados hazlos llegar al correo de contacto de aprenderaprogramar.com y lo iremos completando.

TIPO TEST

1.- ¿Cuáles son las expresiones lógicas de las salidas de un sumador completo de palabras de 2 bits?

Se ofrecen cuatro opciones, a elegir una, de expresiones para Si, resultado de la suma, y C(i+1), resultado del arrastre

a) ...
b) ...
e) ...
d) ...


2.- ¿Cuál de los 4 Diagramas de Transición de Estados es el del biestable J-K? El código usado para las transiciones es JK/Q.

4 opciones de respuesta, cada una muestra un diagrama de transiciones distinto.

3.- De las 4 expresiones dadas ¿Cuál es la que corresponde a la representación con sólo puertas NAND de la función f = negación(x XOR y) + x*(negacion(z))?


4 expresiones opciones de respuesta


4.- En la celda de memoria RAM estática en tecnología CMOS de la figura adjunta hay almacenado un "1" (Q1 está en conducción). ¿Qué valores de tensión debemos poner en la línea de selección de bit, WL, para leer el dato almacenado y qué valor leemos en las líneas de bit, BL y BL-negada?. ¿En qué estado están el resto de los transistores? (Se aporta figura representativa de la celda)


4 opciones de respuesta

5.- ¿Qué función lógica realiza el circuito de la figura? (Se aporta figura con un circuito MUX 4:1)


4 opciones de respuesta


DESARROLLO

Dadas dos palabras de 2 bits, A(A1 A0) y B(B1 BO), diseñe un sistema digital cuya función es contar el número de palabras A que son menores que B y visualizar el resultado en un dispositivo tipo 7-segmentos.
PASOS a SEGUIR y CUESTIONES a RESPONDER:


1. Comparador

1.1. Diseñe con puertas lógicas un comparador de dos palabras de 2 bits, A(A1 AO) y B(B1 B0).

1.2. Dibuje el circuito resultante.


2. Diseño de un contador de 3 bits.

2.1. Explique brevemente la diferencia entre contador síncrono y asíncrono. Elija un tipo de contador (síncrono o asíncrono) para el diseño y explique el motivo de la elección.
2.2. Diseñe el contador con puertas y biestables J-K tipo SN7473 como el que se muestra en la figura adjunta.
2.3. Dibuje el circuito resultante de dicho contador.

Se aporta figura esquema del componente J-K tipo SN7473 con sus entradas y salidas


3. Diseño del decodificador de números binarios a 7-segmento.

3.1 . Diseñe el decodificador para que el número decimal equivalente al número binario de palabras A<B y que va contando el contador, aparezca representado en un visualizador de 7-segmentos. El código de los segmentos es el que se muestra en la figura adjunta. Para simplificar este apartado es suficiente con que se obtenga la
expresión lógica del segmento "c".

Se aporta figura  esquema de 7 segmentos con la correspondencia de cada segmento con una letra a, b, c, d, e, f ó g


4. Circuito completo.

4.1. Dibuje el circuito completo formado por el comparador, el contador que cuenta las palabras que son A<B y el decodificador correspondiente al segmento calculado, "c" .

Examen resuelto

Para descargar el enunciado y el examen resuelto pulsa el link de descarga que aparece al final (para poder verlo y descargarlo es necesario estar logado en los foros). A continuación se muestra tan solo una referencia del contenido del examen.

Referencia FSD feb11 2asTE.

TIPO TEST

1.- ¿Cuál de las 4 soluciones dadas es la correcta de la representación del nº decimal negativo, -3, en Signo-magnitud, C-1 y C-2?. Marque la respuesta correcta. 

a) S-M: 1100, C-1: 1011, C-2: 1010
b) S-M: 0011, C-1: 1100, C-2: 1011
e) S-M: 1011, C-1: 1010, C-2: 1101
d) S-M: 1011, C-1: 1100, C-2: 1101

2.- Queremos escribir un "0" en la celda de memoria RAM estática en tecnología CMOS de la figura adjunta. ¿Qué valores de tensión debemos poner en la línea de selección de bit, WL , y en las líneas de bit, BL y BLnegada?. ¿En qué estado están cada uno de los transistores? (Se incluye figura)

4 opciones de respuesta

3.- ¿Cuál es el resultado de restar aritméticamente las dos palabras de 5 bits A(A5, ,A0) =11011 y B(B5,,B0) =01111?
Marque la solución correcta.


4 opciones de respuesta

4.- ¿Qué función lógica realiza el circuito de la figura? (Se aporta figura donde aparecen varios multiplexores 4 a 1)


4 opciones de respuesta

5.- De las 4 expresiones dadas ¿Cuál es la que corresponde a la representación mínima y con sólo puertas NOR de la función f= xyznegada + x(ynegada+znegada) + xnegadaz?


4 opciones de respuesta


DESARROLLO

Diseño de un reloj que cuente hasta 5 segundos y que estos segundos aparezcan visualizados en un dispositivo 7-segmentos.
PASOS a SEGUIR y CUESTIONES a RESPONDER:

1. Diseño del Reloj

Para el diseño de este bloque funcional debe usar un dispositivo del tipo 555 funcionando en modo astable, cuyo esquema se muestra en la figura adjunta.

1.1. Explique brevemente su principio de funcionamiento.
1.2. Calcule los valores de RA, RB y C para obtener un tren de pulsos cuyo periodo sea de 1 segundo. Una vez que tenemos el tren de pulsos de T=ls tendremos que diseñar un contador que cuente hasta 5s.

(Se aporta figura con esquema de conexionado de circuito 555)


2. Diseño del Contador

2.1. Elija un tipo de contador (síncrono o asíncrono) para el diseño y explique el motivo de su elección.
2.2. Diseñe el contador con la condición de que cada 5 segundos debe ponerse a cero y empezar de nuevo a contar. Para esto debe usar puertas y biestables J-K tipo SN7473 que posee una señal de "clear" tal que cuando pasa a "0" el biestable J-K se pone a cero y cuando pasa a "1" el biestable actúa como tal.
2.3. Dibuje el circuito del contador.


3. Visualización

Para visualizar los segundos que van pasando deberá diseñar un decodificador de la señal binaria del contador a siete segmentos.
3.1. Construya la tabla de verdad del decodificador binario a 7-segmentos y, dado que el cálculo es repetitivo, obtenga sólo la expresión lógica del segmento "c". En la figura adjunta se especifican los segmentos del visualizador de 7-Segmento. (Se aporta figura donde se identifican los segmentos de un visualizador de 7 segmentos identificados con letras a b c d e f g )
3.2. Dibuje el circuito resultante.

4. Circuito completo del reloj

4.1. Dibuje el circuito completo conectando todos los bloques diseñados.

Duración del examen

La duración habitual del examen es de dos horas. Este tiempo, normalmente, resulta justo o insuficiente para responderlo todo. Para tener opción a responderlo todo deberás tener soltura en la realización de cálculos y ejercicios. No puedes entretenerte en una pregunta porque en ese caso dejarás otras sin responder.

Preguntas habituales en los exámenes

Para tener una orientación, indicamos a continuación las preguntas habituales en los exámenes. No te hagas ilusiones pensando en poder desechar partes del temario, se puede decir que entra prácticamente todo. Si bien es cierto que hay ciertas preguntas más frecuentes que otras. Para indicar la frecuencia de aparición hemos puesto una puntuación entre 1 y 10. Un 1 significa poco frecuente, mientras que un 10 significaría que aparece siempre.

Tampoco te hagas ilusiones pensando en que el test es sencillo y el desarrollo complicado. No es así. Para resolver el test en muchos casos tendrás que hacer un cálculo o desarrollo que te permita conocer cuál es la respuesta adecuada. Aunque obviamente necesitas memorizar conceptos, en general no hay preguntas que se puedan responder únicamente con memoria sin hacer ningún cálculo.

MATERIA ALGEBRA DE BOOLE

• Formas normales, minterms, maxterms: 2
• Expresión equivalente de una función: 7
• Teoremas fundamentales: 5

MATERIA REPRESENTACIÓN BINARIA C-1, C-2, BCD

• Representación binaria: 6
• Convertidores: 2
• Suma en C-2: 2
• Operar en C-1 y C-2: 2

MATERIA SUMADORES Y RESTADORES

• Sumadores y restadores: 8

MATERIA COMPARADORES

• Comparadores: 7
• Diseñar detector de coincidencia: 2

MATERIA CRONOGRAMAS

• Con biestables J-K: 8
• Con biestables R-S: 6
• Con biestables D: 5
• Con Astables-Monoestables excepto 555: 3

MATERIA FUNCIÓN QUE REALIZA UN CIRCUITO

• Con sólo puertas simples: 9
• Con Demux: 2
• Con Mux: 9
• Con biestables: 4
• Otros: 2

MATERIA MEMORIAS

• RAM NMOS ó CMOS (normalmente estáticas SRAM): 7
• Diseño de celdas usando biestables J-K: 5
• Circuitos adicionales para lectura y escritura: 4
• Tabla de verdad: 2
• Memorias FIFO: 2

MATERIA PARIDAD

• Detectores de paridad: 5
• Qué hace un circuito dado: 2
• Detector de imparidad: 2

MATERIA CONTADORES

• Diseño usanso biestables JK SN7473: 6
• Diseñar cotador asíncrono: 3
• Elegir el contador adecuado y diseñarlo: 3

MATERIA DECODIFICADORES

• Binario a 7 segmentos: 7
• Decimal a binario: 5
• Con signo negativo: 2
• Binario a una letra (con 7 segmentos): 2

MATERIA MATRICES FUNCIONALES

• Matriz funcional dado el autómata: 3
• Obtener autómata a partir de la matriz: 2
• Obtener autómata dado el circuito: 2
• Funciones de excitación dada la matriz: 7
• Cálculo de matriz funcional: 8

MATERIA CIRCUITO 555

• Principio de funcionamiento y RA, RB, C en modos astable (cálculo): 4
• Principio de funcionamiento y parámetros en modo monoestable: 2

MATERIA OPERACIONES ARITMÉTICAS

• Resta binaria: 3
• Suma binaria: 2
• Diseñar restador: 2

MATERIA ALU'S

• Programación / tabla de verdad: 2
• Operación: 3
• Diseñar una mini-ALU: 3

MATERIA AUTÓMATAS

• Dibujar autómata: 7
• Obtener expresiones lógicas: 2
• Obtener circuito dado el autómata: 6
• Diagramas de transición de estados: 6

MATERIA PLD'S

• Función que hace una PROM: 2
• Circuito equivalente a una PAL dada: 2

MATERIA CODIFICADORES

• Codificador con prioridad: 2

MATERIA BIESTABLES

• Calcular funciones lógicas de activación de biestables D: 7
• Calcular funciones lógicas de activación de biestables JK construidos con D: 2
• Crear y dibujar circuitos con biestables D: 3
• Obtener autómata a partir de circuito con biestables D: 2
• Obtener autómata a partir de circuito con biestables T construido con biestables D: 2
• Tablas de síntesis JK: 2

Hola, tienes que comprobar que simultáneamente los valores de Etiqueta-1 y Etiqueta-2 permitan cumplir con lo que se quiere. Quizás uno de los dos valores es válido, pero ¿los dos al mismo tiempo lo son? Comprueba haber revisado esto... si encuentras que alguna de las opciones propuestas es válida explica cómo, con la respuesta que he dado yo en el mensaje correspondiente se indica que ni la a) ni la b) resultan válidas. Saludos

Hola josel! Para poder crear un autómata hay que tener claro cuál es el lenguaje que admite el autómata. En este hilo tienes muchos ejercicios resueltos y ejemplos: https://www.aprenderaprogramar.com/foros/index.php?topic=638.0

En este ejercicio que has planteado no me queda claro qué cadenas serían las que admitiría porque por un lado dice que el autómata admite un sublenguaje formado por ceros y unos, y por otro dice que son cadenas de la forma x0y0z donde la longitud de y es divisible por 4.

Sin saber exactamente el lenguaje a representar no se puede crear un autómata. ¿Puedes consultar y poner unos cuantos ejemplos de cadenas que admitiría el autómata?

Hola yo creo que no hay edad si hay interés. Posiblemente a más edad menos probabilidad de convertirse en un gran maestro pero todo depende del esfuerzo y empeño que se ponga. Por si te sirve de consuelo yo también empecé con treinta y tantos... 

Nota: hay publicados en la web recursos para niños en el siguiente enlace: https://www.aprenderaprogramar.com/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=113&Itemid=306

Hola, eso que planteas puede hacerse con Visual Basic sin generar dependencias respecto de excel, es decir, puedes hacerlo como un ejecutable creado con Visual Basic. (También podrías hacerlo con C# ó con Java o con otros lenguajes). Aprender Visual Basic te daría la ventaja de poder interactuar bien con hojas de excel si fuera necesario... así que lo veo una buena opción. Saludos!!!

Pues mucho ánimo, yo diría que POO es más bonita que fundamentos, aunque lo de bonito siempre hay que ponerlo entre comillas. POO también es bastante trabajosa en extensión y por la práctica, así que supongo que ya te imaginas que te voy a decir que ya deberías estar dándole duro si quieres llegar en condiciones 

Con las últimas diez preguntas hemos completado un examen, que normalmente consta de diez preguntas tipo test. Es conveniente que se trate de resolver el examen haciendo una simulación de examen real, controlando el tiempo empleado y respondiendo todas las preguntas a la vez sin consultar ningún tipo de documentación, y luego comprobar cómo nos hubiera ido en ese caso supuesto "real" y qué nota habríamos sacado. Para quien quiera intentarlo, dejo el examen con enunciados completos en el archivo adjunto a este post (archivo jun_11_2a_sem_A.pdf, pulsar sobre el nombre o icono para descargarlo estando logeado). Y continuamos...