Logické systémy a procesory

Vztahy:

Předmět B0B35LSP nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět BE5B35LSP (vztah je symetrický)

Předmět B0B35LSP nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět BE5B35LSP (vztah je symetrický)

Předmět B0B35LSP může být splněn v zastoupení předmětem BE5B35LSP

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra řídicí techniky

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. Výklad končí strukturou procesoru RISC-V, prací s paměti cache a proudovým zpracováním instrukcí.

[poslední aktualizace leden 2024]

Požadavky:

Základní znalosti Booleovy algebry a logických obvodů. Nutné požadavku shrnuje Binární prerekvizita, viz Studijní materiály.

Osnova přednášek:

1. Úvod. Logická krychle a sestavení rovnice logické funkce z Karnaughovy mapy.

2. De Morganův teorém a jeho použití. Shannovova expanze. Základní stavební prvky a struktura FPGA obvodů.

3. Od jazyka C k VHDL: základní zápisy, převody na čísla a použití multiplexoru.

4. Příklady na užití souběžných (concurrent) příkazů. Úvod do 2. cvičné úlohy.

5. Sekvenční doména VHDL.

6. Zpoždění hradel. Hazardy v kombinačních obvodech a nutnost jejich eliminace synchronními obvody. Úrovní řízené klopné obvody a synchronní na náběžnou hranu. Jejich použití ve VHDL.

7. Základní synchronní obvody s DFF, čítače.

8. Posuvné registry a příklady jejich použití.

9. Od čítače nahoru dolu pres řadiče k obecným konečným automatům typu Moore ( (FSM).

10. Komunikace mezi automaty, od konečných automatů k řadičům procesorů.

11. Struktura procesoru RISC V, jeho základní verze 32I, a postup zpracování instrukcí.

12. Paměťový systém procesoru: vyrovnávací paměť CACHE.

13. Stránkování pamětí. Proudové zpracování instrukcí (pipeline), datové hazardy a skokové prediktory.

14. Pokročilá témata FPGA návrhu - soft-core procesory.

[poslední aktualizace leden 2024]

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Úvod do struktury výpočetní techniky a základy konstrukce jednoduchých periférií počítačů.

Studijní materiály:

Šusta R.: Binární prerekvizita (29 stran)

Šusta R.: Logické obvody na FPGA (135 stran)

Šusta R.: Uvod do VHDL I. - souběžné příkazy - (96 stran)

Šusta R.: Úvod do VHDL II. - sekvenční příkazy - (70 stran) - dosud nedokončená verze beta 0.51 z 6.6.2023.

* Všechny učebnice jsou dostupné v PDF verzi na veřejné stránce předmětu:

https://dcenet.fel.cvut.cz/edu/fpga/navody.aspx

Poznámka:

Stránky předmětu: https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B0B35LSP

Další informace:

https://dcenet.fel.cvut.cz/edu/fpga/

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a Robotika 2016 (povinný předmět programu)
• Otevřená informatika - Internet věcí 2016 (povinný předmět oboru)
• Otevřená informatika - Internet věcí 2018 (povinný předmět zaměření)
• Softwarové inženýrství a technologie - specializace Technologie internetu věcí (povinně volitelný předmět)
• Kybernetika a Robotika 2021 (povinný předmět programu)
• Softwarové inženýrství a technologie - společný 1. ročník (povinně volitelný předmět)