Logické systémy a procesory

Předmět je úvodem do oblasti základních hardwarových struktur výpočetních prostředků, jejich návrhu a architektury. Podává přehled o možnostech provádění operací s daty na úrovni hardwaru a o tvorbě vestavěných procesorových systémů s perifériemi na moderních programovatelných logických obvodech FPGA.

Kód
B0B35LSP
Semestr
oba
Forma studia
prezenční
Rozsah
3P+2L
Kapacita
100
Obsazeno
76
Počet kreditů
6
Zakončení
zápočet a zkouška
Jazyk výuky
čeština
Vyučující
Přednášející
Poznámka
Stránky předmětu: https://moodle.fel.cvut.cz/enrol/index.php?id=930
Obsah přednášek

1. O struktuře počítačových systémů. Logické výrazy versus logická hradla. Logická krychle a sestavení logické funkce z Karnaughovy mapy. Skupinová minimalizace. Booleovská algebra. De Morganův teorém. SAT problém a Shannonova expanze. Binary Decesion Diagrams.
2. VHDL jazyk pro popis obvodů, základní konstrukce. Popisy základních kombinačních obvodů ve schématech a ve VHDL.
3. Realizace základních kombinačních logických obvodů výpočetní techniky a jejich popisy ve schématech a v jazyce VHDL. Hazardy v kombinačních obvodech.
4. Sekvenční obvody a jejich základní typy. Klopné obvody typu Latch a Master-Slave.
5. Popisy ve VHDL stylem Behavioral, registry a čítače.
6. Základní sekvenční obvody počítačů. Paměti a jejich struktura ve VHDL.
7. Realizace obvodů uvnitř FPGA. Problémy se souběhem paralelních operací v logických obvodech. Metastabilita obvodů. Prvky zaměřené na 3 a 4 projekt.
8. Profesionálními způsoby pro testování a simulaci VHDL programů, tzv. tvorbou Testbench. Použití ModelSim, simulace krokování a breakpointy ve VHDL programech.
9. Stavové automaty I. - vlastnosti, geneze. Automaty Moore a Mealy. Řešení automatů ve VHDL. Úlohy vedoucí na automaty, návrhy a testování automatů.
10. Od automatu přes mikroprogramové řadiče k procesoru. Datová cesta. Činnost procesoru na příkladu 1bitového procesoru a jeho testování.
11. Struktura soft-core procesoru na čipu, jeho použití a modifikace.
12. Návrh periférií pro procesor a jejich připojení, interní sběrnice v obvodech.
13. Pokročilé využití procesoru a prvky pro sestavení vlastních procesorových vestavěných systémů.
14. Důležité základy praktického interfacing-u, aneb úskalí propojování obvodů. Ochrany vstupů a výstupů, problémy s vodiči, sběrnicemi a s různými typy zátěží. Řešení napájení a zemí. Galvanická izolace.

Náplň cvičení

Studenti získají zápočet z praktických cvičení za vyřešení individuálních projektů na FPGA vývojových deskách Altera DE2; ty v podobných kurzech využívají desítky předních světových univerzit. Licenční podmínky u programovacího prostředí Altera Quartus II dovolují i jeho instalaci na domácí počítače studentů.