LO: Logické obvody
Garant: | doc. Ing. Jaroslav Zdrálek, Ph.D. |
---|---|
Zkratka: | LO |
Rozsah: | prezenční - zápočet a zkouška 2+2, kombinovaná - zápočet a zkouška 2+8 |
Zařazení: | Bakalářské studium |
Katedra: | Katedra telekomunikační techniky |
Úroveň studia: | pregraduální nebo graduální |
Rok zavedení: | 2010/2011 |
Určeno pro fakulty: | FEI |
Kredity: | 6 |
Povinnost: | povinný |
Jazyk: | čeština |
Typ studia: | bakalářský |
Partnerský předmět
Digitální obvody a mikroprocesory
Spolupráce VUT-VŠB
Skripta "Číslicové systémy I pro integrovanou výuku VUT a VŠ-TUO"
Skripta "Introduction to Digital System for joint teaching programme of VUT and VSB-TUO"
Stručný popis
Garant verze předmětu: doc. Ing. Jaroslav Zdrálek, Ph.D.
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je seznámit studenty se základy číslicových systémů z pohledu jejich základní hardwarové realizace pomocí hradel a automatu s konečným počtem stavů, zobrazováním čísel a symbolů, základními algoritmy pro aritmetické operace v číslicových systémech.
Popis předmětu
Vyučovací metody
- Přednášky
- Cvičení (v učebně)
- Experimentální práce v laboratoři
- Projekt
Anotace
Základy hardwarové realizace digitálních systémů – logika, Boolean algebra a funkce, hradla, klopné obvody, kombinační a sekvenční obvod, automat s konečným počtem stavů, vlastnosti základních logických obvodů jako jsou multiplexery, dekodéry, registry, čítače, aritmetické sčítačky. Základy zobrazování informací v číslicových systémech – číslicové soustavy s libovolným základem, význam dvojkové, oktální a hexadecimální soustavy, binární a hexadecimální aritmetické operace, zobrazování symbolů a znaků, ASCII kód, UNICODE, zobrazování celých čísel a reálných čísel.
Povinná literatura
- Diviš, Z., Chmelíková, Z., Zdrálek, J.: Logické obvody. VŠB – TU Ostrava, 1999.
- Frištacký, N.: Logické systémy. ALFA Bratislava,1986.
- Petříková, I.: Logické obvody – příklady. VŠB-TUO, 2001.
Doporučená literatura
- Wakerly, J. F.: Digital Design, Principles and Practices. Prentice Hall 2006, ISBN 0-13-186389-4 Katz.
- R. H. and Borriello, G.: Contemporary logic design. Prentice Hall 2005, ISBN 0-201-30857-6.
- Roth, Ch. H. Jr.: Fundamentals of logic design. Thomson Brooks/Cole 2004, ISBN 0-534-37804-8.
- Svoboda, A. and White, D. E.: Advanced logical circuit design techniques. Garland StPM Press 1979, ISBN 0-8240-7014-3.
- Bhasker, J.: VHDL Primer, Third Edition. Prentice Hall 1999, ISBN 0-13-096575-8.
Způsob průběžné kontroly znalostí během semestru
Bodové hodnocení projektů. Testy v průběhu semestru. Hodnocení aktivity na cvičení.
Další požadavky na studenta
Znalost programovacího jazyka C nebo C++, samostaně sestavit vyvojový diagram programu.
Osnova předmětu
Přednášky
- Logika, Boolean algebra, Booloean funkce, zápisy Boolean funkcí, číselné soustavy, převody celých čísel.
- Definice základních tvarů pro dvojstupňovou logiku, kanonické formy, zjednodušování pomocí Boolean algebry, Karnaugh mapy, úvod do počítačových algoritmů minimalizace (McCluskey, Expreso, ...).
- Hradlo, vazba na operace, logické signály a jejich aktivní úrovně, sestavení logické dvojstupňové sítě, realizace pomocí struktur AND-OR, OR-AND, NAND-NAND, NOR-NOR.
- Číselné soustavy, převody mezi číselnými soustavami, integer a real, všeobecně. Zdůraznění vazeb mezi dvojkovou, oktalovou a šestnáctkovou soustavou.
- Reprezentace integer čísel – znaménko a hodnota, jednotkový a dvojkový doplněk, pomocí posunutí, aritmetické operace součet, rozdíl, násobení a dělení, příznaky operací N, Z, V, C.
- Realizace binárního aritmetického součtu a rozdílu, význam kanálu zrychleného přenosu, hardwarové násobení, dělení.
- Reprezentace real čísel – fixed (Qm.n formát) a float formát (IEEE 754-2008), aritmetické operace, programové implementace násobení a dělení, příznaky operací.
- Zobrazování symbolů, znaků, ASCII kód, Unicode, UTF algoritmy.
- Reprezentace reálných a celých čísel v BCD kódu, aritmetické operace – součet.
- Asynchronní klopný obvod R-S, funkce synchronních klopných obvodů D, T, JK.
- Sekvenční obvody – FSM, opakování automatu s konečným počtem stavů, definice chování, základní způsoby zápisu – grafické, programové.
- Číslicový synchronní systém – řadič a řízená jednotka, realizace řadiče – pomocí D klopných obvodů a mikroprogramová řídící jednotka, ukázka na příkladu.
- Technologie číslicových obvodů (bipolární a unipolární) TTL a CMOS, elektriocké vlastnosti hradel – TTL, logická hodnota 1/0 a úroveň L/H, otevřený kolektor, třístavový a obousměrný výstup.
Cvičení
- Bezpečnost, organizace cvičení, zadání prvního projektu, převody integer čísel z desítkové do dvojkové a hexa soustavy, Boolean algebra.
- Karnaughovy mapy a realizace funckcí pomocí hradel.
Počítačová cvičení
- Převody mezi číselnými soustavami. Bezpečnost.
- Výpočet součtu a rozdílu nad binárními celými čísly, dvojkový doplněk.
- Bitově orientované logické operace.
- Výpočet aritmetických operací (součet a rozdíl) nad integer čísly s posunutím.
- Aritmetické operace součet rozdíl nad čísly v pevné řádové čárce formát Qn.m.
- Generátor rastrového písma a zobrazení textu.
- Převod integer čísla na float (IEEE-754 – binární definice).
- Simulace chování sekvenčního obvodu.
Laboratoře
- Cvičné zapojení kombinačního obvodu pomocí RC stavebnici.
- Odevzdání prvního projektu.
Projekty
- 1. projekt: Návrh kombinačních obvodů pro 4 vstupní proměnné pomocí Karnaughovy mapy, obvodové schéma a praktická realizace.
2. projekt: Operace nad čísly v pevné řádové čárce.
Zpět