3262 Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

Υποχρεωτικό Μάθημα Πυρήνα, B’ εξάμηνο, 6 μονάδες ECTS

Διδάσκων: Καθηγητής Α’ βαθμίδας Γεώργιος Πολύζος

URL: https://eclass.aueb.gr/courses/INF157/

Περιεχόμενο

Αρχές δυαδικής αριθμητικής. Άλγεβρα Boole για το χειρισμό των λογικών συναρτήσεων. Λογικές πύλες και σύνθεση απλών κυκλωμάτων. Λογικές συναρτήσεις, κυκλώματα και αδιάφορα ορισμένες συναρτήσεις. Εισαγωγή σε τεχνολογίες υλοποίησης (transistors, NMOS, CMOS). Εισαγωγή σε Διατάξεις Προγραμματιζόμενης Λογικής (PLD, PLA, FPGA). Βελτιστοποίηση συναρτήσεων και λογικών κυκλωμάτων (πίνακες Karnaugh, μέθοδος Quine-McCluskey). Παραστάσεις αριθμών στους υπολογιστές. Κυκλώματα για αριθμητικές πράξεις. Θέματα αποδοτικότητας σε μεγάλα κυκλώματα. Θέματα κόστους. Αρχές ψηφιακής σχεδίασης. Ανάλυση και σχεδίαση συνδυαστικών κυκλωμάτων (αθροιστές, πολυπλέκτες, (από)κωδικοποιητές) και σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων (καταχωρητές, μετρητές, μηχανή Mealy, μηχανή Moore). Εισαγωγή στα ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα. Δισταθή παλμοκυκλώματα (latches και flip flops) και η χρήση τους στη σχεδίασης σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Ανάλυση και υλοποίηση μονάδων ελέγχου μικροεπεξεργαστών. Σχεδίαση, έλεγχος και προσομοίωση λειτουργίας ψηφιακών κυκλωμάτων με το εργαλείο CAD Quartus II της Altera. Σχεδίαση και υλοποίηση ψηφιακών κυκλωμάτων (αθροιστές, πολυπλέκτες, κωδικοποιητές, καταχωρητές, μετρητές, μονάδα αριθμητικής και λογικής επεξεργασίας (ALU), απλός επεξεργαστής) με τη γλώσσα VHDL: VHSIC (Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language.

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση:

• Να κατανοούν τι είναι και πως λειτουργεί ένα ψηφιακό σύστημα.
• Να μπορούν να αναλύσουν τη λειτουργία δοσμένου ψηφιακού κυκλώματος.
• Να κατανοούν την αναπαράσταση δυαδικών κυκλωμάτων με μαθηματικό ή γραφικό τρόπο.
• Να εκτελούν αριθμητικές πράξεις με χρήση ψηφιακών κυκλωμάτων.
• Να εξάγουν το βέλτιστο κύκλωμα για την υλοποίηση δοσμένης λογικής συνάρτησης.
• Να διακρίνουν μεταξύ των διαφορετικών στοιχείων και λογικών πυλών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σχεδίαση ενός κυκλώματος.
• Να μπορούν να σχεδιάσουν και να υλοποιήσουν ένα ψηφιακό συνδυαστικό κύκλωμα ή ένα σύγχρονο ακολουθιακό κύκλωμα με χρήση της γλώσσας VHDL ή/και με χρήση του σχεδιαστικού εργαλείου Quartus II.
• Να επαληθεύουν την ορθή λειτουργία του κυκλώματος που υλοποίησαν μέσω λειτουργικής και χρονικής προσομοίωσης με το εργαλείο Quartus II.

Προαπαιτούμενα Μαθήματα

Δεν υπάρχουν υποχρεωτικά προαπαιτούμενα μαθήματα Όμως, συνιστάται ο φοιτητής να έχει εξεταστεί επιτυχώς στο μάθημα «Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών» σε προηγούμενο εξάμηνο.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

• S. Brown, Z Vranesic, «Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με τη Γλώσσα VHDL», 3η έκδοση βελτιωμένη, Εκδόσεις Τζιόλα, 2021.
• M. Mano, M. Ciletti, «Ψηφιακή Σχεδίαση», 6η έκδοση, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι

Διαλέξεις, Εργαστηριακές Διαλέξεις (4 σειρές εργαστηρίων), Φροντιστηριακές Διαλέξεις (εβδομαδιαίως), Online Video Tutorials στην πλατφόρμα eClass για την εισαγωγή χρήσης του CAD Quartus και της γλώσσας VHDL.

Μέθοδοι Αξιολόγησης/Βαθμολόγησης

Ο τελικός βαθμός προκύπτει από τους βαθμούς μιας προόδου, ομαδικών εργαστηριακών εργασιών, και της τελικής εξέτασης.