- Nazwa przedmiotu:
- Układy cyfrowe
- Koordynator przedmiotu:
- Mariusz RAWSKI
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Telekomunikacja
- Grupa przedmiotów:
- Przedmioty techniczne - podstawowe
- Kod przedmiotu:
- UCYF
- Semestr nominalny:
- 1 / rok ak. 2015/2016
- Liczba punktów ECTS:
- 5
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 148
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 1,5
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium30h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- ULOG
- Limit liczby studentów:
- pojemność największej sali wykładowej
- Cel przedmiotu:
- Nowoczesna technologia mikroelektroniczna umożliwia realizację bardzo złożonych systemów cyfrowych w pojedynczym układzie scalonym. Celem przedmiotu jest przedstawienie metod syntezy i weryfikacji układów i systemów cyfrowych realizowanych w nowoczesnych technologiach, a w szczególności opanowanie podstaw posługiwania się językami opisu sprzętu HDL w komputerowych systemach projektowania układów cyfrowych.
- Treści kształcenia:
- Układy cyfrowe - rola i zastosowanie: Rozwój technologii cyfrowej i jej wpływ na dziedziny życia. Rola i znaczenie układów cyfrowych we współczesnym świecie. Układy cyfrowe w przetwarzaniu informacji i sygnałów. Style projektowania układów cyfrowych. Klasyfikacja układów cyfrowych. Układy katalogowe, układy specjalizowane (ASIC), układy programowalne przez użytkownika (FPLD). Etapy procesu projektowego.
Specyfika projektowania układów cyfrowych: Przykład syntezy układu cyfrowego realizującego prosty algorytm.Porównanie metodologii projektowania układu cyfrowego z projektowaniem oprogramowania realizującego to samo zadanie. Synteza strukturalna.Blok wykonawczy i sterujący. Komputerowe projektowanie. Możliwości narzędzi CAD.
Metody reprezentacji systemów cyfrowych: Sposoby opisu i modelowania systemów cyfrowych. Diagram "Y". Cyfrowe kombinacyjne i sekwencyjne bloki funkcjonalne wykorzystywane w syntezie strukturalnej układów cyfrowych. Sposoby reprezentacji liczb w zapisie binarnym (NKB, U2, zapis stałopozycyjny oraz zmiennopozycyjny). Podstawowe działania arytmetyczne na liczbach przedstawionych binarnie.
Zasady specyfikacji układów cyfrowych - języki opisu sprzętu: Ograniczenia tradycyjnych języków programowania. Zastosowania języków HDL (Hardware Description Language). Cechy języków HDL. Podstawowe koncepcje na przykładzie języka VHDL. Opis SOP (Sum-Of-Product). Opis strukturalny. Opis behawioralny. Testbench. Konfiguracja. Elementy języka VHDL. Omówienie różnych sposobów opisu projektowanego systemu.
Realizacja logiki kombinacyjnej: Sposoby realizacji logiki kombinacyjnej z wykorzystaniem struktur języka VHDL. Sposoby implementacji podstawowych kombinacyjnych bloków funkcjonalnych, tj. multipleksery dekodery, moduły opisane tablicą prawdy i równaniami boolowskimi. Parametry czasowe układów kombinacyjnych. Pojęcie ścieżki krytycznej (topologicznej,rzeczywistej, fałszywej).
Realizacja logiki sekwencyjnej: Wykorzystanie elementów pamięciowych. Model układu sekwencyjnego.Sposoby opisu sekwencyjnych bloków funkcjonalnych. Automat Mealy'ego.Automat Moore'a. Kodowanie stanów. Liczniki. Sposoby realizacji logiki sekwencyjnej z wykorzystaniem struktur języka VHDL. Sposoby implementacji podstawowych sekwencyjnych bloków funkcjonalnych, tj.rejestry, automaty, liczniki.
Projektowanie układów synchronicznych z wykorzystaniem FSM i ASM: Zastosowanie automatów FSM i diagramów ASM do projektowania synchronicznych układów cyfrowych. Pojęcia: ripple and/or gated clocks,clock skew, clock enable. Dystrybucja sygnału zegara. Synchronizacja międzysymbolowa. Synchronizacja międzyramkowa. Generacja sekwencji.Sposoby współdziałania automatów w systemie cyfrowym. Obsługa portów dwukierunkowych. Wykorzystanie specjalizowanych bloków na przykładzie pamięci RAM. Domeny zegarowe i komunikacja między nimi.
Projektowanie hierarchiczne i zaawansowane zagadnienia syntezy układów cyfrowych: Przedstawienie metodologii projektowania hierarchicznego (bottom-up itop-down). Moduły parametryzowane. Wykorzystanie pakietów. Kodowanie stanów automatu. Minimalizacja automatu.
Zaawansowane metody syntezy FSM: dekompozycja, wykorzystanie pamięci ROM, układy modyfikacji adresu. Zjawisko wyścigów krytycznych - "szpilki".
Zaawansowane metody projektowania: Różne sposoby projektowania układów cyfrowych. Strukturalna realizacja przepływu danych. Rozwijanie pętli (loop unrolling). Układ sterujący - układ operacyjny. Diagramy ASM. Diagramy ASMD. Operacje RT realizowane w trybie Mealy'ego. Współdzielenie zasobów. Potokowanie. Zastosowanie zaawansowanej syntezy logicznej.
- Metody oceny:
- 8 laboratoriów ocenianych indywidualnie egzamin - część testowa egzamin - część zadaniowa
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- - wykład - dostępny na serwerze studia
- Łuba T.(red.), Rawski M., Tomaszewicz P., Zbierzchowski B.: Programowalne Układy Przetwarzania Sygnałów i Informacji, WKŁ, Warszawa 2008.
- Łuba T.: Synteza układów logicznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
- Łuba T., Zbierzchowski B.: Komputerowe projektowanie układów cyfrowych. WKŁ, Warszawa 2000.
- Tyszer J., Mrugalski G.: Układy cyfrowe. Zbór zadań z rozwiązaniami. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2002.
- Skahill K.: Język VHDL. Projektowanie programowalnych układów logicznych. Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
- De Micheli G.: Synteza i optymalizacja układów cyfrowych. WNT, Warszawa 1998.
- Brown S, Vranesic Z.: Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design. McGraw Hill, Boston 1998.
- Meyer-Baese U. : Digital Signal Processing with FPGAs. Springer Berlin 2007.
- Zwoliński M.: Projektowanie układów cyfrowych z wykorzystaniem języka VHDL. WKŁ. Warszawa 2002.
- Parchi K. K., Nishitani T.: Digital Signal Processing for Multimedia Systems, Marcel Dekker, Inc. New York 1999.
- Zieliński C.: Podstawy projektowania układów cyfrowych, PWN, Warszawa 2003.
- Witryna www przedmiotu:
- http://rawski.zcb.tele.pw.edu.pl/category/uklady-cyfrowe-wyklad/
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt Wpisz opis
- potrafi stosować zaawansowane metody syntezy logicznej w projektowaniu systemów cyfrowych i wykorzystać elementy specjalizowane nowoczesnych struktur programowalnych
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W01, K_W05
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W01, T2A_W03, T2A_W04
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt Wpisz opis
- potrafi stosować zaawansowane metody syntezy logicznej w projektowaniu systemów cyfrowych i wykorzystać elementy specjalizowane nowoczesnych struktur programowalnych
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U09
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U05, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15