Popis předmětu - B0B35LSP
B0B35LSP | Logické systémy a procesory | ||
---|---|---|---|
Role: | PV, P, PO, PZ | Rozsah výuky: | 2P+2L |
Katedra: | 13135 | Jazyk výuky: | CS |
Garanti: | Hurák Z. | Zakončení: | Z,ZK |
Přednášející: | Hlinovský M., Šusta R. | Kreditů: | 6 |
Cvičící: | Hlinovský M., Šusta R. | Semestr: | L |
Webová stránka:
https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B0B35LSPAnotace:
Předmět uvádí do oblasti základních hardwarových struktur výpočetních prostředků, jejich návrhu a architektury. Podává přehled o možnostech provádění operací s daty na úrovni hardwaru a o tvorbě vestavěných procesorových systémů s perifériemi na moderních programovatelných logických obvodech FPGA, které se dnes široce aplikují stále více. Studenti se naučí, jak lze popsat obvody v jazyce VHDL počínaje logikou přes složitější sekvenční obvody až k praktickým návrhům konečných automatů (FSM). Ovládnou i správný postup návrhu pomocí simulace obvodů. Ve cvičení se řeší praktické úlohy s využitím vývojových desek používaných na stovkách předních univerzit po celém světě. *** Pozor: Předmět běží ve dvou verzích, ač se stejným kódem. V zimním semestru se jedná o lehčí obecný kurz, zatímco v letním semestru se cílí na OI-hardware specializaci. Pokud nejste z ní, zapište si raději snažší verzi předmětu.Cíle studia:
Úvod do struktury výpočetní techniky a základy konstrukce jednoduchých periférií počítačů.Osnovy přednášek:
1. | O struktuře počítačových systémů. Logické výrazy versus logická hradla. Logická krychle a sestavení logické funkce z Karnaughovy mapy. Skupinová minimalizace. Booleovská algebra. De Morganův teorém. SAT problém a Shannonova expanze. Binary Decesion Diagrams. | |
2. | VHDL jazyk pro popis obvodů, základní konstrukce. Popisy základních kombinačních obvodů ve schématech a ve VHDL. | |
3. | Realizace základních kombinačních logických obvodů výpočetní techniky a jejich popisy ve schématech a v jazyce VHDL. Hazardy v kombinačních obvodech. | |
4. | Sekvenční obvody a jejich základní typy. Klopné obvody typu Latch a Master-Slave. | |
5. | Popisy ve VHDL stylem Behavioral, registry a čítače. | |
6. | Základní sekvenční obvody počítačů. Paměti a jejich struktura ve VHDL. | |
7. | Realizace obvodů uvnitř FPGA. Problémy se souběhem paralelních operací v logických obvodech. Metastabilita obvodů. Prvky zaměřené na 3 a 4 projekt. | |
8. | Profesionálními způsoby pro testování a simulaci VHDL programů, tzv. tvorbou Testbench. Použití ModelSim, simulace krokování a breakpointy ve VHDL programech. | |
9. | Stavové automaty I. - vlastnosti, geneze. Automaty Moore a Mealy. Řešení automatů ve VHDL. Úlohy vedoucí na automaty, návrhy a testování automatů. | |
10. | Od automatu přes mikroprogramové řadiče k procesoru. Datová cesta. Činnost procesoru na příkladu 1bitového procesoru a jeho testování. | |
11. | Struktura soft-core procesoru na čipu, jeho použití a modifikace. | |
12. | Návrh periférií pro procesor a jejich připojení, interní sběrnice v obvodech. | |
13. | Pokročilé využití procesoru a prvky pro sestavení vlastních procesorových vestavěných systémů. | |
14. | Důležité základy praktického interfacing-u, aneb úskalí propojování obvodů. Ochrany vstupů a výstupů, problémy s vodiči, sběrnicemi a s různými typy zátěží. Řešení napájení a zemí. Galvanická izolace. |
Osnovy cvičení:
Studenti získají zápočet z praktických cvičení za vyřešení individuálních projektů na FPGA vývojových deskách Altera DE2; ty v podobných kurzech využívají desítky předních světových univerzit. Licenční podmínky u programovacího prostředí Altera Quartus II dovolují i jeho instalaci na domácí počítače studentů.Literatura:
Anglické knihy dostupné v knihovně v omezeném počtu1. | Volnei A. Pedroni: Digital Electronics and Design with VHDL, MORGAN KAUFMANN 2008, ISBN: 0123742706 | |
2. | Enoch O. Hwang: Digital Logic and Microprocessor Design with VHDL, Thomson 2006, ISBN: 0-534-46593-5 |
1. | Šusta R.: Kurz základů práce v prostředí Quartus II, video kurs obsahující 7. lekcí, ČVUT-FEL 2013 | |
2. | Šusta R.: Vybraná chybová hlášení překladače Quartus II, 18 str. ČVUT-FEL 2012 | |
3. | Šusta R.: Příkladný úvod do VHDL pro pokročilejší části kurzu, 42 str., ČVUT-FEL 2012 | |
4. | Šusta R.: Vybrané příklady ke zkoušce, 28 str., ČVUT-FEL 2014 |
Požadavky:
Základní znalosti Booleovy algebry a logických obvodů. Logika a grafy.Poznámka:
Stránky předmětu: https://moodle.fel.cvut.cz/enrol/index.php?id=930 |
Klíčová slova:
výpočetní technika, hardware, logické obvody, automaty, HDLPředmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
Plán | Obor | Role | Dop. semestr |
BPKYR_2021 | Před zařazením do oboru | P | 4 |
BPOI2_2016 | Internet věcí | PO | 4 |
BPKYR_2016 | Před zařazením do oboru | P | 3 |
BPOI2_2018 | Internet věcí | PZ | 4 |
BPSIT_2021 | Před zařazením do oboru | PV | 4 |
BPSIT4_2021 | Technologie internetu věcí | PV | 4 |
Stránka vytvořena 6.12.2023 15:51:00, semestry: L/2022-3, L/2023-4, Z/2024-5, Z/2023-4, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů | Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |