Návrh číslicových systémů (v angličtině)

• 39 hod. přednášky
• 13 hod. cvičení

• 55 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
• 25 bodů půlsemestrální test (písemná část)
• 20 bodů průběžné testy (písemná část)

Cílem předmětu je získat základní znalosti v oblasti návrhu, popisu a analýzy digitálních obvodů. Naučit se základní kombinační a sekvenční logické obvody a využít je k návrhu číslicových systémů.

Praktické využití vybraných metod pro popis kombinačních a sekvenčních logických sítí. Zvládnutí analýzy a návrhu jednoduchých kombinačních a sekvenčních logických sítí. Zvládnutí analýzy a návrhu jednoduchých číslicových zařízení sestavených z kombinačních a sekvenčních obvodů a bloků.

Architektury současných procesorů, ale i jiných výpočetních systémů jsou postaveny na základních principech návrhu číslicových systémů. S rozvojem digitalizace, strojového učení a autonomních systémů výrazně narůstá potřeba zpracování velkého objemu dat v reálném čase. Je potřeba zrychlovat výpočetní systémy, stavět je efektivněji s nižší spotřebou. Bez znalosti návrhu číslicových obvodů není možné konstruovat hardwarové akcelerátory, ale ani psát efektivní programy, které akcelerační jednotky využívají. Kurz si proto klade za cíl seznámit studenty s principy návrhu číslicových obvodů a učinit tak první krok ke znalosti navrhovat hardwarové akcelerátory, umět je pochopit a efektivně využívat.

• Diskrétní matematika (IDM)

Množiny, relace a zobrazení. Základní pojmy a axiomy Boolovy algebry. Základní pojmy teorie grafů. Základy elektrotechniky a základní aktivní a pasivní elektronické součástky.

• Frištacký, N., Kolesár, M., Kolenička, J., Hlavatý, J.: Logické systémy. SNTL Praha, ALFA Bratislava, 1986.
• Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.
• Eysselt, M.: Vybrané příklady podporující návrh číslicových systémů. Studijní opora, Učební text, FIT, 2002, 38 str. Tento text zapůjčuje autor ke kopírování. Zde je WWW verze přístupná evidovaným studentům.
• Eysselt, M.: Digital Systems Design: Programmable Logic Devices. Studijní opora, Učební text, FIT VUT v Brně, 2003. Zde je WWW verze přístupná evidovaným studentům.
• Cheung, J.Y., Bredeson, J.G.: MODERN DIGITAL SYSTEMS DESIGN. West Publishing Company, USA, ISBN 0-314-47828-0, 1990.
• Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.

• McCluskey, E.J.: LOGIC DESIGN PRICIPLES. Prentice-Hall, USA, ISBN 0-13-539768-5, 1986.
• Bolton, M.: Digital Systems Design with Programmable Logic. Addison-Wesley Publishing Company, Cornwall, GB, ISBN 0-201-14545-6, 1990.
• Sasao, T.: SWITCHING THEORY FOR LOGIC SYNTHESIS. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, ISBN 0-7923-8456-3, 1999.

1. Binární čísla: poziční zápis čísel, převody mezi soustavami, reprezentace binárních čísel, binární aritmetické operace, kódy.
2. Booleova algebra, reprezentace logických funkcí, logické obvody.
3. Minimalizace logických výrazů: Karnaghovy mapy, Quinův-McCluskeyho algoritmus, Petrickova funkce pokrytí.
4. Kreslení logických a funkčních schémat. Analýza činnosti logických sítí: souběh a hazard.
5. Kombinační logické obvody: multiplexor, demultiplexor, dekodér, kodér.
6. Kombinační logické obvody: komparátor, sčítačka, odčítačka, aritmetická a logická jednotka.
7. Stavové automaty a jejich reprezentace. Klopné obvody.
8. Sekvenční logické obvody: kódování stavů, optimalizace a implementace.
9. Registry, čítače, posuvné registry, děličky kmitočtu.
10. Jazyk VHDL, syntéza logických obvodů.
11. Návrh jednoduchých číslicových obvodů: návrhové systémy, kroky návrhu.
12. Programovatelné logické obvody.
13. Návrhové vzory číslicových obvodů a optimalizace číslicových obvodů.

• Binární čísla: poziční zápis čísel, převody mezi soustavami, reprezentace binárních čísel, binární aritmetické operace, kódy.
• Boolova algebra, reprezentace logických funkcí.
• 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.

Průběžný test za 20 bodů. Půlsemestrální zkouška za 25 bodů. Závěrečná zkouška za 55 bodů.
Hranice pro úspěšnou zkoušku podle pravidel ECTS je 50 bodů.

Kontrolovanou výukou jsou průběžný test, půlsemestrální zkouška a závěrečná zkouška. Testy a půlsemestrální zkouška nemají náhradní termín. Závěrečná zkouška má dva náhradní termíny.

Zápočet není ustanoven.