Logické obvody

Přednášející:

Hana Kubátová

Cvičící:

Hana Kubátová

Předmět zajišťuje:

katedra počítačů

Anotace:

Cílem předmětu je naučit studenty navrhovat logické obvody kombinační i sekvenční, a to s ohledem na typické příklady použití v číslicových počítačích. Nedílnou součástí je analýza a základy testování logických obvodů. Předmět vychází od úrovně hradel a zabývá se i střední a vyšší integrací. Důraz je kladen na praktické osvojení znalostí formou laboratorních cvičení. Laboratorní cvičení probíhají na stavebnicích s hradlovými poli XILINX v profesionálním návrhovém a simulačním systému a na stavebnicích LABORO s IO TTL.

Požadavky:

Zápočet: Testy (max. 2 x 15 bodů) + domácí úloha (max. 10 bodů) + laboratorní úlohy (10 bodů) = max. 50 bodů.

Minimální počet bodů pro získání zápočtu je 25. Udělení zápočtu je nutnou podmínkou pro připuštění ke zkoušce.

Pokud student předvede a odevzdá funkční domácí úlohu během řádných cvičení a získá ze cvičení celkem alespoň 45 bodů, může získat známku výborně bez zkoušky.

Zkouška: Hodnocení zápočtu se započítává do celkového hodnocení zkoušky, která je písemná.

Ze zkouškového testu je možné získat max. 50 bodů.

Klasifikace: výborně 100 - 80 bodů, velmi dobře 79 - 65 bodů, dobře 64 - 50 bodů, nevyhověl méně než 50 bodů.

výborně: 50 - 42 bodů

velmi dobře: 41 - 35 bodů

dobře: 34 - 25 bodů

nevyhověl: méně než 24 bodů

Podrobnosti na:

http://service.felk.cvut.cz/courses/X36LOB/

Osnova přednášek:

1. Úvod do logických obvodů a systémů jejich vztah k počítači jako celku Návrhový proces a nástroje CAD

2. Logické funkce a formy jejich popisu. Úplné normální formy logických funkcí

3. Minimální normální formy logických funkcí. Minimalizace pomocí map, metoda Quinne-McCluskey

4. Realizace kombinačních logických obvodů na úrovni hradel

5. Sekvenční systém jako konečný automat, vlastnosti, popis chování

6. Návrh synchronních sekvenčních obvodů. Minimalizace a kódování vnitřních stavů

7. Typické kombinační a sekvenční obvody používané v číslicových počítačích, jejich návrh a realizace

8. Analýza logických obvodů. Reálné vlastnosti logických členů. Hazardy v kombinačních obvodech

9. Základy číslicové simulace a používané simulační systémy

10. Úvod do diagnostiky. Modely poruch. Generování testů metodou intuitivního zcitlivění cesty

11. Realizace logických systémů prvky střední a vyšší hustoty integrace

12. Návrh sekvenčních systémů s ohledem na použitou technologii

13. Problematika návrhu asynchronních obvodů, hazardy

14. Používané typy asynchronních obvodů, návrh asynchronního čítače se synchronními klopnými obvody

Osnova cvičení:

Laboratorní cvičení probíhají v laboratoři K336 na stavebnicích Digilab XCRP v návrhovém systému XILINX ISE a na stavebnicích LABORO

1.Laboratorní cvičení 0: Vyjádření logické funkce, black-box, a uvnitř algebraický popis, tabulka, struktura - hradla, jazykový popis (V)HDL, kombinační, sekvenční obvody, kde se používá sériový přenos a kde paralelní a proč, příklady.

2.Formy popisu logické funkce (Booleova algebra, tabulka, mapa, ÚNDF, ÚNKF) a vzájemný přechod mezi nimi. Zjednodušení popisu logické funkce ? Booleova algebra.

3.Laboratorní cvičení 1: Zadání logické funkce návrhovému systému, jeho ovládání.

4.Minimalizace v mapě. Realizace kombinačních obvodů na úrovni hradel.

5.Laboratorní cvičení 2: Realizace kombinačních obvodů až do přípravků ? Převodníky, sčítačky, násobičky.

6.Postup návrhu synchronních sekvenčních obvodů pomocí hradel a klopných obvodů - příklady.

7.Laboratorní cvičení: Funkce a reálná činnost různých typů klopných obvodů.

8.Test 1.

Příklady různých forem popisu funkce synchronních obvodů a jejich realizace.

9.Laboratorní cvičení 3: Realizace sekvenčních obvodů. Zadání domácí práce ? návrh a realizace sekvenčního obvodu ? na papíře i na přípravku ? konfrontace obou výsledků

10.Příklady návrhu sekvenčních obvodů. Analýza logických obvodů ? hledání a odstraňování hazardů.

11.Laboratorní cvičení 4: Realizace složitějších obvodů z bloků již dříve realizovaných, použití knihovny.

12.Test 2. Příklady realizace logických systémů prvky střední a vyšší hustoty integrace.

13.Laboratorní cvičení 5: Realizace sekvenčních obvodů na úrovni MSI a LSI.

14.Odevzdání domácí práce, konzultace, zápočet.

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Jáneš, V., Douša, J.: Logické systémy. Skripta ČVUT, Praha 1995

2. Blažek, Z., Kubátová, H.: Logické systémy - cvičení. Skripta ČVUT, Praha 1996

3. Frištacký, N. a kol.: Logické systémy. ALFA/SNTL, Bratislava/Praha 1986

4. Gajski, D. D.: Principles of Digital Design. Prentice-Hall International, Inc. 1997

5. Friedman, A. D., Menon, P. R.: Teorie a návrh logických obvodů. SNTL Praha 1983, překlad z: Theory & Design of Switching Circuits. Computer Science Press, Inc., USA, 1975

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14+6

Typ cvičení: s, c

Předmět je nabízen také v anglické verzi.

Prerekvizity: 35ESY

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Výpočetní technika- strukturované studium (povinný předmět)