Detail předmětu

Návrh číslicových systémů

FIT-INCAk. rok: 2021/2022

Binární čísla: 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.

Jazyk výuky

čeština, angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Základní znalosti metod pro popis, analýzu a návrh kombinačních a sekvenčních logických sítí v číslicových systémech.

Prerekvizity

Množiny, relace a zobrazení. Základní pojmy a axiomy Boolovy algebry. Základní pojmy teorie grafů. Základy elektrotechniky a základní aktivní a pasivní elektronické součástky.

Způsob a kritéria hodnocení

  • 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.

    • Učební cíle

    Cílem předmětu je získat základní znalosti metod pro popis, analýzu a návrh kombinačních a sekvenčních logických sítí v číslicových systémech.

    Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

    Znalosti studentů jsou ověřovány půlsemestrální zkouškou (25 bodů), vypracováním projektu (20 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.

    Prerekvizity a korekvizity

    Základní literatura

    Harris, D., Harris, S.: Digital Design and Computer Architecture 2nd Edition, Morgan Kaufmann, eBook ISBN: 9780123978165, paperback ISBN: 9780123944245, 2012. (EN)
    Mano, M. M. R, Ciletti, D.: Digital Design (4th Edition), Prentice-Hall, ISBN:0131989243, 2006. (EN)
    Wakerly, J. F.: Digital Design: Principles and Practices (4th Edition, Book only) 4th Edition, PEARSON, ISBN: 9788131713662, 8131713660, Edition: 4th Edition, 2008. (EN)

    Doporučená literatura

    Bolton, M.: Digital Systems Design with Programmable Logic. Addison-Wesley Publishing Company, Cornwall, GB, ISBN 0-201-14545-6, 1990.
    Bolton, M.: Digital Systems Design with Programmable Logic. Addison-Wesley Publishing Company, Cornwall, GB, ISBN 0-201-14545-6, 1990.
    Bout, D.V.: Pragmatic Logic Design With Xilinx Foundation 2.1i. XESS Corporation, WWW vydání.
    Eysselt, M.: Logická a funkční schémata, výňatek z oborové normy ONT345553. Studijní opora, Učební text, FIT, 2002, 30 str. Tento text zapůjčuje autor ke kopírování. Zde je WWW verze přístupná evidovaným studentům.
    Eysselt, M.: Vybrané příklady podporující návrh číslicových systémů. Studijní opora, Učební text, FIT, 2002, 38 str. Tento text zapůjčuje autor ke kopírování. Zde je WWW verze přístupná evidovaným studentům.
    Eysselt. M.: Funkční značky integrovaných obvodů, kreslení spojů. Studijní opora, Učební text, FIT, 2002, 12 str. Tento učební text zapůjčuje autor ke kopírování. Zde je WWW verze přístupná evidovaným studentům.
    Eysselt, M.: Digital Systems Design: Programmable Logic Devices. Studijní opora, Učební text, FIT VUT v Brně, 2003. Zde je WWW verze přístupná evidovaným studentům.
    Eysselt, M.: Logické systémy. Studijní opora, Učební text VUT Brno, vydáno 1980, 1985, 1990. Rozebráno: Lze si zapůjčovat v knihovnách v Brně, i na FIT.
    Frištacký, N., Kolesár, M., Kolenička, J., Hlavatý, J.: Logické systémy. SNTL Praha, ALFA Bratislava, 1986.
    Harris, D., Harris, S.: Digital Design and Computer Architecture 2nd Edition, Morgan Kaufmann, eBook ISBN: 9780123978165, paperback ISBN: 9780123944245, 2012.
    Cheung, J.Y. - Bredeson, J.G.: MODERN DIGITAL SYSTEMS DESIGN. West Publishing Company, USA, ISBN 0-314-47828-0, 1990.
    Mano, M. M. R, Ciletti, D.: Digital Design (4th Edition), Prentice-Hall, ISBN:0131989243, 2006.
    Maurer, P.M.: Logic Design. University of South Florida, WWW vydání.
    McCluskey, E.J.: LOGIC DESIGN PRICIPLES. Prentice-Hall, USA, ISBN 0-13-539768-5, 1986.
    Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.
    Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS (http://www.wkap.nl/prod/b/0-7923-8456-3). Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.
    Wakerly, J. F.: Digital Design: Principles and Practices (4th Edition, Book only) 4th Edition, PEARSON, ISBN: 9788131713662, 8131713660, Edition: 4th Edition, 2008.
    Wakerly, J. F.: Digital Design: Principles and Practices (4th Edition, Book only) 4th Edition, PEARSON, ISBN: 9788131713662, 8131713660, Edition: 4th Edition, 2008.

    Zařazení předmětu ve studijních plánech

    • Program IT-BC-3 bakalářský

      obor BIT , 1 ročník, letní semestr, povinný

    • Program BIT bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

    Typ (způsob) výuky

     

    Přednáška

    39 hod., nepovinná

    Vyučující / Lektor

    doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.
    Ing. Jiří Matoušek, Ph.D.
    doc. Dr. Ing. Otto Fučík

    Osnova

    • 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.
    • Programovatelné logické obvody.
    • Technologie logických obvodů.

    Cvičení odborného základu

    10 hod., povinná

    Vyučující / Lektor

    Ing. Jiří Matoušek, Ph.D.
    Ing. Lukáš Kekely, Ph.D.
    doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.
    Ing. Michal Kekely, Ph.D.

    Osnova

    • 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.

    Projekt

    3 hod., povinná

    Vyučující / Lektor

    Ing. Lukáš Kekely, Ph.D.
    doc. Ing. Jan Kořenek, Ph.D.

    Osnova

    • Individuální projekt v rozsahu 3 hodin.