Detail předmětu

Návrh číslicových systémů

FIT-INCAk. rok: 2018/2019

Binární čísla: poziční zápis čísel, převody mezi soustavami, 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.

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.

Doporučená nebo povinná literatura


  • McCluskey, E.J.: LOGIC DESIGN PRICIPLES. Prentice-Hall, USA, ISBN 0-13-539768-5, 1986.
  • Cheung, J.Y., Bredeson, J.G.: MODERN DIGITAL SYSTEMS DESIGN. West Publishing Company, USA, ISBN 0-314-47828-0, 1990.
  • Bolton, M.: Digital Systems Design with Programmable Logic. Addison-Wesley Publishing Company, Cornwall, GB, ISBN 0-201-14545-6, 1990.
  • Katz, R.H.: Contemporary Logic Design. Addison-Wesley/Benjamin-Cummings Publishing CO, Redwood City, CA, USA, ISBN 0-8053-2703-7, 1993.
  • Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.

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.

  • Podmínky zápočtu:
    Získání min. 5 bodů z projektu je podmínka nutná pro udělení zápočtu. Pokud bude odhaleno plagiátorství nebo nedovolená spolupráce na projektech, zápočet nebude udělen a dále bude zváženo zahájení disciplinárního řízení.

    Jazyk výuky

    čeština, angličtina

    Osnovy výuky

      Osnova přednášek:
      • 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, FITkit.
      • Programovatelné logické obvody.
      • Technologie logických obvodů.

      Osnova numerických cvičení:
      • 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.

      Osnova počítačových cvičení:
      • Seznámení se s CAD návrhovými systémy. Modelování vzorových příkladů zadaných učitelem.
      • Modelování samostatně navržených logických sítí.

      Osnova ostatní - projekty, práce:
      • Individuální projekt v rozsahu 3 hodin.

    Cíl

    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.

    Zařazení předmětu ve studijních plánech

    • Program IT-BC-3 bakalářský

      obor BIT , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

    Typ (způsob) výuky

     

    Přednáška

    39 hod., nepovinná

    Vyučující / Lektor

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

    Cvičení odborného základu

    10 hod., povinná

    Vyučující / Lektor

    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

    Osnova

    • Individuální projekt v rozsahu 3 hodin.