Λογική Σχεδίαση

Επίσημο περίγραμμα μαθήματος του ΤΜΗΥΠ (Πανεπιστήμιο Πατρών), όπως δημοσιεύεται στη σελίδα του μαθήματος και στο συνημμένο αρχείο «Περίγραμμα Μαθήματος». Το κείμενο παρατίθεται αυτούσιο, χωρίς τα πρότυπα οδηγιών του εντύπου.

Στόχοι

Ο φοιτητής που ολοκληρώνει επιτυχώς το μάθημα μπορεί να: εκφράσει μια λεκτική περιγραφή της επιθυμητής λειτουργίας ως πίνακα αληθείας, υλοποιήσει ένα βέλτιστα απλοποιημένο συνδυαστικό κύκλωμα γι’ αυτόν τον πίνακα αληθείας με λογικές πύλες, στην περίπτωση που η επιθυμητή λειτουργία παρουσιάζει μια κανονικότητα να υλοποιήσει ένα κύκλωμα για αυτήν πολύ πιο γρήγορα με τη χρήση MSI ξεχωρίζει τα διάφορα ακολουθιακά στοιχεία αναγνωρίσει εάν ένα κύκλωμα είναι συνδυαστικό ή ακολουθιακό αναλύσει ένα δοθέν ακολουθιακό κύκλωμα και να συνθέσει ένα ακολουθιακό κύκλωμα το οποίο θα υλοποιεί μια μηχανή πεπερασμένων καταστάσεων χρησιμοποιεί ακολουθιακά MSI ολοκληρωμένα κυκλώματα ώστε να συνθέτει ένα μεγαλύτερο ακολουθιακό κύκλωμα να αναγνωρίζει και να υπολογίζει χρονικές καθυστερήσεις κυκλωμάτων υλοποιεί ένα συνδυαστικό κύκλωμα χρησιμοποιώντας ολοκληρωμένα μνήμης

Περιεχόμενο (ύλη)

Ψηφιακό και αναλογικό σήμα Δειγματοληψία και κβάντιση Κβάντιση με δύο στάθμες : δυαδικό σήμα Αναπαράσταση με δυαδικά σήματα Από την άλγεβρα της προτασιακής λογικής στην άλγεβρα των διακοπτών και των δυαδικών αριθμών Στοιχεία, τελεστές και προτεραιότητες της λογικής άλγεβρας Αξιώματα της λογικής άλγεβρας Θεωρήματα 1, 2, 3 και γενικευμένου αριθμού δυαδικών μεταβλητών Αλγεβρική απλοποίηση Ψηφιακές πύλες Οι πύλες AND, OR και ΝΟΤ Λογικό διάγραμμα Πύλες AND και OR περισσότερων εισόδων Οι συναρτήσεις NAND, NOR, XOR και ΧΝΟR, τα λογικά τους σύμβολα και η καθολικότητα των 2 πρώτων Πρότυπες και μη πρότυπες μορφές δυαδικών συναρτήσεων Όροι, αθροίσματα, γινόμενα, μορφές SOP και POS, κανονικοί όροι, ελαχιστόροι και μεγιστόροι Ισοδυναμία μεταξύ πίνακα αλήθειας και κανονικών αθροισμάτων και γινομένων Μετατροπές μεταξύ κανονικών μορφών και συμπληρωματικών συναρτήσεων Απλοποίηση συναρτήσεων με τη μέθοδο του χάρτη Karnaugh Χρησιμοποιώντας MSI για τη γρήγορη πρωτοτυποίηση Κατηγορίες MSI ημιαθροιστής Ο πλήρης αθροιστής Αθροιστές κυμάτωσης και πρόβλεψης κρατουμένου Συγκριτές Πολλαπλασιαστές Αποκωδικοποιητές Κωδικοποιητές (προτεραιότητας) Πολυπλέκτες Αποπλέκτες Υλοποίηση συναρτήσεων με πολυπλέκτη Πύλες τριών καταστάσεων Υλοποίηση Συνδυαστικού κυκλώματος με μνήμη ROM Ακολουθιακά vs συνδυαστικά κυκλώματα. Σύγχρονα και ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα Ακολουθιακά στοιχεία : Latches vs FFs. Το πρόβλημα της μεταστάθειας - Χρόνοι προετοιμασίας και αποκατάστασης. Εναλλακτικές υλοποιήσεις ενός Dff Τα υπόλοιπα είδη FFs : JK και Τ FF. Άμεσες είσοδοι (ασύγχρονες και σύγχρονες) και υλοποίησή τους. Ανάγκη για Scan FFs. To D Scan FF. Μοντέλα Moore & Mealy για τα Σύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα (ΣΑΚ). Μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων και γράφοι απεικόνισής τους (Διάγραμμα μετάβασης καταστάσεων - STD) Η αντιστοιχία μεταξύ των STD και των ΣΑΚ : από το ΣΑΚ στο STD (Ανάλυση ενός ΣΑΚ) και από το STD στο ΣΑΚ ( Σύνθεση ενός ΣΑΚ). Αντιστοίχιση Καταστάσεων - Στρατηγικές ελάχιστου κόστους και ελάχιστου κινδύνου για τις αχρησιμοποίητες καταστάσεις Ακολουθιακά MSI Καταχωρητές (παράλληλης ή σειραϊκής εισόδου – εξόδου, με επίτρεψη φόρτωσης, με έξοδο τριών καταστάσεων) Καταχωρητές πολλαπλών λειτουργιών Μετρητές κυμάτωσης Σύγχρονοι μετρητές Επίτρεψη μέτρησης, παράλληλη φόρτωση. Υπερπήδηση καταστάσεων σε σύγχρονους μετρητές.

Αξιολόγηση

Τελική εξέταση (100% της συνολικής βαθμολογίας). Γραπτές εξετάσεις στην Ελληνική γλώσσα με μίγμα από ασκήσεις πολλαπλής επιλογής, σύντομης ανάπτυξης και επίλυσης προβλημάτων. Μετά την ανακοίνωση των αποτελεσμάτων υπάρχει ώρα κατά την οποία οι φοιτητές αν το επιθυμούν μπορούν να δουν τα γραπτά τους

Βιβλιογραφία

Ψηφιακή σχεδίαση - αρχές και πρακτικές, John F. Wakerly Ψηφιακή Σχεδίαση, Mano Morris, Ciletti Michael Ανάλυση και σχεδίαση κυκλωμάτων ψηφιακής λογικής, Nelson Victor P., Nagle H. Troy,Irwin J. David, Carroll Bill D. Ψηφιακή Σχεδίαση, Dally William, Harting Curtis Σχεδίαση Λογικών Κυκλωμάτων και Υπολογιστών, Morris Mano, Charles R. Kime, Tom Martin Συναφή επιστημονικά περιοδικά: IEEE Transactions on Computers IEEE Transactions on Circuits and Systems I & II IEEE Transactions on VLSI Systems IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems