Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση (ΑΜ)
Νίκος Φακωτάκης, Γεώργιος Θεοδωρίδης
Το μάθημα "Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση" έχει ως στόχο τη λεπτομερή κατανόηση της θεωρίας της λογικής σχεδίασης σύγχρονων και ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Περιλαμβάνει τις μεθόδους ανάλυσης και σχεδίασης μετρητών και καταχωρητών καθώς και τη σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων σε επίπεδο καταχωρητή. Επίσης, πραγματοποιείται η κατανόηση της λειτουργίας βασικών τύπων μνημών (RAM, ROM). Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αποκτήσει εκτενές θεωρητικό υπόβαθρο στη λογική σχεδίαση ακολουθιακών κυκλωμάτων και θα μπορεί να εφαρμόζει τεχνικές και μεθόδους για: α) την ανάλυση και β) τη βέλτιστη σχεδίαση (ελαχιστοποίηση και κωδικοποίηση καταστάσεων) σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Επιπλέον, θα μπορεί να αναλύει τη λειτουργία ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων και να εφαρμόζει τεχνικές και μεθόδους ελαχιστοποίησης και κωδικοποίησης καταστάσεων για τη σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων χωρίς προβλήματα κυνηγητών (races).
ΛιγότεραΤο μάθημα "Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση" έχει ως στόχο τη λεπτομερή κατανόηση της θεωρίας της λογικής σχεδίασης σύγχρονων και ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Περιλαμβάνει τις μεθόδους ανάλυσης και σχεδίασης μετρητών και καταχωρητών καθώς και τη σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων σε επίπεδο καταχωρητή. Επίσης, πραγματοποιείται η κατανόηση της λειτουργίας βασικών τύπων μνημών (RAM, ROM). Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αποκτήσει εκτενές θεωρητικό υπόβαθρο στη λογική σχεδίαση ακολουθιακών κυκλωμάτων και θα μπορεί να εφαρμόζει τεχνικές και μεθόδους για: α) την ανάλυση και β) τη βέλτιστη σχεδίαση (ελαχιστοποίηση και κωδικοποίηση καταστάσεων) σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Επιπλέον, θα μπορεί να αναλύει τη λειτουργία ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων και να εφαρμόζει τεχνικές και μεθόδους ελαχιστοποίησης και κωδικοποίησης καταστάσεων για τη σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων χωρίς προβλήματα κυνηγητών (races).
Το μάθημα "Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση" έχει ως στόχο τη λεπτομερή κατανόηση της θεωρίας της λογικής σχεδίασης σύγχρονων και ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Περιλαμβάνει τις μεθόδους ανάλυσης και σχεδίασης μετρητών και καταχωρητών καθώς και τη σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων σε επίπεδο καταχωρητή. Επίσης, πραγματοποιείται η κατανόηση της λειτουργίας βασικών τύπων μνημών (RAM, ROM). Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αποκτήσει εκτενές θεωρητικό υπόβαθρο στη λογική σχεδίαση ακολουθιακών κυκλωμάτων και θα μπορεί να εφαρμόζει τεχνικές και μεθόδους για: α) την ανάλυση και β) τη βέλτιστη σχεδίαση (ελαχιστοποίηση και κωδικοποίηση καταστάσεων) σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Επιπλέον, θα μπορεί να αναλύει τη λειτουργία ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων και να εφαρμόζει τεχνικές και μεθόδους ελαχιστοποίησης και κωδικοποίησης καταστάσεων για τη σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων χωρίς προβλήματα κυνηγητών (races).
Περίγραμμα
Περιεχόμενο μαθήματος
Σύγχρονη ακολουθιακή λογική: Εισαγωγή, Βασικά ακολουθιακά κυκλώματα, (μανδαλωτές, και flip-flops), Ανάλυση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων (Εξισώσεις, πίνακες και διαγράμματα καταστάσεων), Ελαχιστοποίηση και κωδικοποίηση καταστάσεων, Μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων (Mealy & Moore μηχανές), Διαδικασία Σχεδιασμού (Πίνακες καταστάσεων και διέγερσης, Σχεδιασμός με JK, T, D flip-flops). Παραδείγματα σχεδιασμών.
Μνήμη: Μνήμη τυχαίας προσπέλασης-RAM (ανάγνωση/εγγραφή, χρονισμός, τύποι μνημών), Αποκωδικοποίηση μνήμης, Ανίχνευση και διόρθωση λαθών, Μνήμη ανάγνωσης μόνο (ROM).
Σχεδίαση σε επίπεδο Καταχωρητή: Εισαγωγή και ορολογία, Αλγοριθμικές μηχανές καταστάσεων (διαγράμματα ASM, απλοποίηση, χρονισμός), Λογικό κύκλωμα ελέγχου, Σχεδιασμός με πολυπλέκτες, Σχεδιασμός χωρίς κυνηγητά, Παραδείγματα σχεδιασμών.
Ασύγχρονη ακολουθιακή λογική: Εισαγωγή, Διαδικασία ανάλυσης (πίνακες μεταβάσεων και ροής, συνθήκες κυνηγητού, ευστάθεια), Κυκλώματα με μανδαλωτές, Διαδικασία σχεδιασμού, Ελαχιστοποίηση καταστάσεων, Κωδικοποίηση καταστάσεων για την αποφυγή κυνηγητών, Σπινθήρες.
Μαθησιακοί στόχοι
Οι στόχοι του μαθήματος είναι:
- Η λεπτομερής κατανόηση της θεωρίας της λογικής σχεδίασης σύγχρονων και ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων
- Η ανάλυση και η βέλτιστη σχεδίαση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων
- Η ανάλυση και σχεδίαση μετρητών και καταχωρητών
- Η σε βάθος κατανόηση της λειτουργίας βασικών τύπου μνημών (RAM, ROM)
- Η σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων σε επίπεδο καταχωρητή
- Η ανάλυση και σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων
Προαπαιτούμενα
Βασικές γνώσεις λογικής σχεδίασης. Λογική σχεδίαση συνδυαστικών κυκλωμάτων.
Βιβλιογραφία
Σύγχρονη ακολουθιακή λογική: Εισαγωγή, Βασικά ακολουθιακά κυκλώματα, (μανδαλωτές, και flip-flops), Ανάλυση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων (Εξισώσεις, πίνακες και διαγράμματα καταστάσεων), Ελαχιστοποίηση και κωδικοποίηση καταστάσεων, Μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων (Mealy & Moore μηχανές), Διαδικασία Σχεδιασμού (Πίνακες καταστάσεων και διέγερσης, Σχεδιασμός με JK, T, D flip-flops). Παραδείγματα σχεδιασμών.
Μνήμη: Μνήμη τυχαίας προσπέλασης-RAM (ανάγνωση/εγγραφή, χρονισμός, τύποι μνημών), Αποκωδικοποίηση μνήμης, Ανίχνευση και διόρθωση λαθών, Μνήμη ανάγνωσης μόνο (ROM).
Σχεδίαση σε επίπεδο Καταχωρητή: Εισαγωγή και ορολογία, Αλγοριθμικές μηχανές καταστάσεων (διαγράμματα ASM, απλοποίηση, χρονισμός), Λογικό κύκλωμα ελέγχου, Σχεδιασμός με πολυπλέκτες, Σχεδιασμός χωρίς κυνηγητά, Παραδείγματα σχεδιασμών.
Ασύγχρονη ακολουθιακή λογική: Εισαγωγή, Διαδικασία ανάλυσης (πίνακες μεταβάσεων και ροής, συνθήκες κυνηγητού, ευστάθεια), Κυκλώματα με μανδαλωτές, Διαδικασία σχεδιασμού, Ελαχιστοποίηση καταστάσεων, Κωδικοποίηση καταστάσεων για την αποφυγή κυνηγητών, Σπινθήρες.
Οι στόχοι του μαθήματος είναι:
- Η λεπτομερής κατανόηση της θεωρίας της λογικής σχεδίασης σύγχρονων και ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων
- Η ανάλυση και η βέλτιστη σχεδίαση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων
- Η ανάλυση και σχεδίαση μετρητών και καταχωρητών
- Η σε βάθος κατανόηση της λειτουργίας βασικών τύπου μνημών (RAM, ROM)
- Η σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων σε επίπεδο καταχωρητή
- Η ανάλυση και σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων
Βασικές γνώσεις λογικής σχεδίασης. Λογική σχεδίαση συνδυαστικών κυκλωμάτων.
Στη συγκεκριμένη ενότητα γίνεται εισαγωγή στις βασικές έννοιες της σχεδίασης ψηφιακών κυκλωμάτων και παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία τα οποία χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση σύγχρονων και ασύγχρονων κυκλωμάτων.
Στη συγκεκριμένη ενότητα εισάγονται οι βασικές έννοιες και παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδιασμού ενός σύγχρονου ακολουθιακού κυκλώματος. Αναλύονται τα απαιτούμενα βήματα που ακολουθούνται από τον καθορισμό ενός προβλήματος μέχρι την υλοποίησή του με σύγχρονη ακολουθιακή λογική. Δίνεται βάση στον προσδιορισμό και στις μεθόδους μείωσης καταστάσεων ώστε να προκύψει ο βέλτιστος σχεδιασμός του κυκλώματος.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδιασμού ενός ασύγχρονου ακολουθιακού κυκλώματος. Αναλύονται τα βήματα του σχεδιασμού και παρουσιάζονται τα προβλήματα που προκύπτουν από την ασύγχρονη λογική. Δίνεται έμφαση στον τρόπο αντιμετώπισης των προβλημάτων και γίνεται κατανοητή μέσα από παραδείγματα η μεθοδολογία σχεδιασμού ασύγχρονων κυκλωμάτων απαλλαγμένων από συνθήκες κούρσας.
Στη συγκεκριμένη ενότητα γίνεται εισαγωγή στους βασικούς τύπους μνημών (RAM, ROM). Αναλύεται ο τρόπος διευθυνσιοδότησης της μνήμης RAM, οι λειτουργίες εγγραφής και ανάγνωσης και τα κυκλώματα αποκωδικοποίησης για τις παραπάνω λειτουργίες. Επίσης, αναλύονται οι λειτουργίες εγγραφής και ανάγνωσης για τη μνήμη ROM και παρουσιάζεται η χρήση τους για την υλοποίηση συνδυαστικών συναρτήσεων.
Στη συγκεκριμένη ενότητα παρουσιάζονται οι βασικές αρχές που επιτρέπουν την ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων που παρατηρούνται κατά τη μετάδοση δεδομένων. Παρουσιάζεται ο τρόπος ανίχνευσης λαθών μέσω της απόστασης Hamming και αναλύεται η μεθοδολογία διόρθωσης των λαθών μέσω του κώδικα Hamming, ο οποίος βασίζεται στην εισαγωγή ψηφίων ισοτιμίας.
Στη συγκεκριμένη ενότητα γίνεται εισαγωγή στις βασικές έννοιες του σχεδιασμού σε επίπεδο μεταφοράς καταχωρητή. Παρουσιάζονται οι αλγοριθμικές μηχανές καταστάσεων και παραδείγματα σχεδιασμών συνδυαστικών κυκλωμάτων με λογικό κύκλωμα ελέγχου.
Λυμένες ασκήσεις που αφορούν τον σχεδιασμό καταχωρητών, τη διασύνδεση μνημών και τη σχεδίαση σε επίπεδο RTL.
Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα
Αρ. Επισκέψεων : 0
Αρ. Προβολών : 0
