Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B0B35LSP
Anotace:
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 počtu
| 1. | | 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 |
Učební materiály v češtině dostupné na stránce předmětu v elektronické podobě
| 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:
Klíčová slova:
výpočetní technika, hardware, logické obvody, automaty, HDL
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| 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) |