Technologické základy počítačů

Garant předmětu:

Martin Daňhel, Martin Novotný

Přednášející:

Martin Daňhel, Kateřina Hyniová

Cvičící:

Martin Daňhel, Peter Guľa, Kateřina Hyniová, Martin Novotný

Předmět zajišťuje:

katedra číslicového návrhu

Anotace:

Studenti si osvojí teoretické základy číslicových a analogových obvodů a základní metody práce s nimi. Studenti se dozvědí, jak vypadají struktury počítače na nejnižší úrovni. Seznámí se s funkcí tranzistoru. Pochopí, proč se procesor zahřívá, proč je ho potřeba chladit a jak spotřebu snížit. Čím je omezena maximální frekvence a jak ji zvýšit. Proč je potřeba sběrnici počítače impedančně přizpůsobit a co se stane v opačném případě. Jak principiálně vypadá napájecí zdroj počítače. Na cvičeních studenti chování základních elektrických obvodů modelují v SW Mathematica.

Požadavky:

Středoškolská matematika a fyzika.

Osnova přednášek:

1. Základní elektrické veličiny (napětí, proud).

2. Základní prvky elektronických obvodů (rezistor, kondenzátor, cívka).

3. Základní polovodičové součástky (dioda, tranzistor).

4. Boolská logika, základní boolské funkce, logické úrovně 0 a 1 v číslicových systémech.

5. Základní logické prvky (hradla, klopné obvody, multiplexery, budiče).

6. Struktury logických hradel v technologii CMOS.

7. Energie a výkon v číslicových systémech.

8. Principy přenosu dat, sběrnice, paralelní, sériové, asynchronní a synchronní přenosy.

9. Volatilní a nevolatilní paměti, principy a vlastnosti.

10. Programování hardwaru, konfigurovatelné obvody FPGA, integrované obvody ASIC a SoC.

11. Fourierovy řady, spektrum signálu, harmonický ustálený stav, impedance.

12. Homogenní vedení. Zpoždění signálů v číslicových systémech. Symetrická vedení, asymetrická vedení.

13. Měření v číslicových systémech (osciloskop, logický analyzátor, spektrální analyzátor).

Osnova cvičení:

1. Úvod do SW Mathematica.

2. Úvod do SW Mathematica.

3. Základní obvody s rezistory, kondenzátory a cívkami (řešení v SW

Mathematica).

4. Metoda uzlových napětí, příklady použití (řešení v SW Mathematica).

5. Paralelní a sériové řazení prvků shodných typů. Stejnosměrné obvody

(řešení v SW Mathematica).

6. Obvody s tranzistory, jednoduché zesilovače (řešení v SW Mathematica).

7. Implementace logických funkcí pomocí logických hradel.

8. Vnitřní struktura logických hradel v technologii CMOS.

9. Energie a výkon v číslicových systémech (řešení v SW Mathematica).

10. Harmonický ustálený stav (řešení v SW Mathematica).

11. Impedance, přenos (řešení v SW Mathematica).

12. Fourierovy řady, spektrum signálu (řešení v SW Mathematica).

13. Zápočet

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Dean B., Llamocca D. : Introduction to Analog and Digital Circuits. Kendall Hunt Pub, 2019. ISBN 978-1792408809.

2. Wakerly J.F. : Digital Design: Principles and Practices (5th Edition). Pearson, 2018. ISBN 978-0134460093.

3. Agarwal A., Lang J. : Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Morgan Kaufmann, 2005. ISBN 978-1558607354.

4. Kyncl J., Novotný M. : Číslicové a analogové obvody (2nd Edition). ČVUT v Praze, 2016. ISBN 978-80-01-05167-2.

Poznámka:

Další informace:

moodle.cvut.cz

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bc. specializace Informační bezpečnost, kombi., 2021 (povinný předmět programu)
• Bc. specializace Softwarové inženýrství, kombi., 2021 (povinný předmět programu)
• Bc. specializace Počítačové sítě a Internet, kombi., 2021 (povinný předmět programu)
• Bc. specializace Počítačové systémy a virtualizace, kombi., 2021 (povinný předmět programu)
• Bc. program, pro fázi studia bez specializace, kombi., 2021 (povinný předmět programu)