Název:

Návrh číslicových systémů

Zkratka:INC
Ak.rok:2017/2018
Semestr:letní
Studijní plán:
ProgramOborRočníkPovinnost
IT-BC-3BIT1.povinný
Vyučovací jazyk:čeština
Kredity:5 kreditů
Ukončení:zápočet+zkouška (písemná)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:3910003
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:55250020
Garant:Fučík Otto, doc. Dr. Ing., UPSY
Přednášející:Fučík Otto, doc. Dr. Ing., UPSY
Kořenek Jan, Ing., Ph.D., UPSY
Martínek Tomáš, Ing., Ph.D., UPSY
Cvičící:Kořenek Jan, Ing., Ph.D., UPSY
Martínek Tomáš, Ing., Ph.D., UPSY
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačových systémů FIT VUT v Brně
Prerekvizity: 
Diskrétní matematika (IDA), UMAT
Navazující:
Mikroprocesorové a vestavěné systémy (IMP), UPSY
Návrh počítačových systémů (INP), UPSY
Technika personálních počítačů (ITP), UPSY
Nahrazuje:
Logické systémy (LOS), UPSY
Rozvrh:
DenVýukaTýdenMístnostOdDoPSKSk-odSk-do
ČtpřednáškavýukyD10510:0012:501BIA
ČtpřednáškavýukyD10510:0012:502BIAxxxx
ČtpřednáškavýukyD10510:0012:502BIBxxxx
ČtcvičenívýukyD10513:0013:501BIA1021
ČtcvičenívýukyD10513:0013:502BIAxxxx
ČtcvičenívýukyD10513:0013:502BIBxxxx
ČtpřednáškavýukyD10514:0016:501BIB
ČtpřednáškavýukyD10514:0016:502BIAxxxx
ČtpřednáškavýukyD10514:0016:502BIBxxxx
ČtcvičenívýukyD10517:0017:501BIB3041
ČtcvičenívýukyD10517:0017:502BIAxxxx
ČtcvičenívýukyD10517:0017:502BIBxxxx
 
Cíle předmětu:
  Cílem předmětu je získat základní znalosti metod pro popis, analýzu a návrh kombinačních a sekvenčních logických sítí v číslicových systémech.
Anotace:
  Binární čísla: poziční zápis čísel, převody mezi soustavami, reprezentace binárních čísel, binární aritmetické operace, kódy. Booleova algebra, reprezentace logických funkcí: algebraické formy, minimalizace logických výrazů, návrh kombinačních logických sítí. Analýza činnosti logických sítí: souběh a hazard. Vybrané logické bloky: sčítačka, odčítačka, multiplexor, demultiplexor, dekodér, kodér, komparátor, aritmetická a logická jednotka. Jednoduché asynchronní logické sítě: návrh a analýza činnosti. Sekvenční logické obvody a sítě, klopné obvody. Stavové automaty a jejich reprezentace. Návrh synchronizovaných sekvenčních sítí: kódování stavů, optimalizace a implementace. Registr, čítač, posuvný registr, dělič impulsního kmitočtu. Návrh jednoduchého číslicového zařízení: návrhové systémy CAD, jazyky pro návrh, kroky návrhu. Cílové technologie. Programovatelné logické obvody.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti:
  Množiny, relace a zobrazení. Základní pojmy a axiomy Boolovy algebry. Základní pojmy teorie grafů. Základy elektrotechniky a základní aktivní a pasivní elektronické součástky.
Získané dovednosti, znalosti a kompetence:
  Základní znalosti metod pro popis, analýzu a návrh kombinačních a sekvenčních logických sítí v číslicových systémech.
Osnova přednášek:
 
  • Binární čísla: poziční zápis čísel, převody mezi soustavami, reprezentace binárních čísel, binární aritmetické operace, kódy.
  • Booleova algebra, reprezentace logických funkcí, algebraické formy, logické obvody.
  • Minimalizace logických výrazů: Karnaghovy mapy, Quinův-McCluskeyho algoritmus, Petrickova funkce pokrytí. 
  • Kreslení logických a funkčních schémat. Analýza činnosti logických sítí: souběh a hazard.
  • Kombinační logické obvody: multiplexor, demultiplexor, dekodér, kodér.
  • Kombinační logické obvody: komparátor, sčítačka, odčítačka, aritmetická a logická jednotka.
  • Stavové automaty a jejich reprezentace. Klopné obvody.
  • Sekvenční logické obvody: kódování stavů, optimalizace a implementace.
  • Registry, čítače, posuvné registry, děličky kmitočtu.
  • Jazyk VHDL, syntéza logických obvodů.
  • Návrh jednoduchých číslicových obvodů: návrhové systémy, kroky návrhu, FITkit.
  • Programovatelné logické obvody.
  • Technologie logických obvodů.
Osnova numerických cvičení:
 
  • Binární čísla: poziční zápis čísel, převody mezi soustavami, reprezentace binárních čísel, binární aritmetické operace, kódy.
  • Boolova algebra, reprezentace logických funkcí, analýza činnosti jednoduchých kontaktových sítí.
  • Formy algebraických výrazů. Minimalizace logických výrazů: Quinův-McCluskeyho algoritmus, Petrickova funkce pokrytí.
  • Minimalizace logických výrazů: Karnaghovy mapy. Kreslení logických a funkčních schémat.
  • Vybrané logické komponenty: multiplexor, demultiplexor, kodér, dekodér, sčítačka, ALU.
  • Využití komponent pro implementace logických funkcí. 
  • Stavové automaty a jejich reprezentace. Návrh synchronních sekvenčních sítí.
  • Návrh logických sítí s programovatelnými logickými obvody.
Osnova počítačových cvičení:
 
  • Seznámení se s CAD návrhovými systémy. Modelování vzorových příkladů zadaných učitelem.
  • Modelování samostatně navržených logických sítí.
Osnova ostatní - projekty, práce:
 
  • Individuální projekt v rozsahu 3 hodin.
Literatura referenční:
 
  • McCluskey, E.J.: LOGIC DESIGN PRICIPLES. Prentice-Hall, USA, ISBN 0-13-539768-5, 1986.
  • Cheung, J.Y., Bredeson, J.G.: MODERN DIGITAL SYSTEMS DESIGN. West Publishing Company, USA, ISBN 0-314-47828-0, 1990.
  • Bolton, M.: Digital Systems Design with Programmable Logic. Addison-Wesley Publishing Company, Cornwall, GB, ISBN 0-201-14545-6, 1990.
  • Katz, R.H.: Contemporary Logic Design. Addison-Wesley/Benjamin-Cummings Publishing CO, Redwood City, CA, USA, ISBN 0-8053-2703-7, 1993.
  • Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.
Literatura studijní:
 
Kontrolovaná výuka:
  Znalosti studentů jsou ověřovány půlsemestrální zkouškou (20 bodů), vypracováním projektu (25 bodů) v předepsaném termínu a semestrální zkouškou. Pro získání bodů ze semestrální zkoušky je nutné ji vypracovat tak, aby byla hodnocena nejméně 25 body (z celkem 55 bodů). V opačném případě bude semestrální zkouška hodnocena 0 body. Pokud bude odhaleno plagiátorství nebo nedovolená spolupráce na projektech, příslušné body nebudou uděleny a dále bude zváženo zahájení disciplinárního řízení.
Průběžná kontrola studia:
  
  • Půlsemestrální zkouška: 25 bodů.
  • Projekt a jeho ověření v laboratoři: 20 bodů.
  • Závěrečná zkouška: 55 bodů.
    Hranice pro úspěšnou zkoušku podle pravidel ECTS je 50 bodů.
Podmínky zápočtu:
  Získání min. 5 bodů z projektu je podmínka nutná pro udělení zápočtu. Pokud bude odhaleno plagiátorství nebo nedovolená spolupráce na projektech, zápočet nebude udělen a dále bude zváženo zahájení disciplinárního řízení.