Πληροφορίες Μαθήματος

  1. Περιγραφή

    2. Οι στόχοι του μαθήματος ΗΥ333, "Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων", είναι (1) η εκμάθηση των θεωρητικών θεμελιωδών γνώσεων σχεδίασης Ψηφιακών Συστημάτων, (2) η παρουσίαση των σχετικών πρακτικών μεθοδολογιών σχεδίασης και υλοποίησης, με έμφαση στην προγραμματίσιμη λογική, και συγκεκριμένα στις FPGAs (Field Programmable Gate Array = Προγραμματίσιμος Πίνακας Πυλών στο Πεδίο), και την γλώσσα περιγραφής υλικού Verilog, και (3) ο συνδυασμός θεωρίας και πράξης μέσω της πρακτικής εξοικείωσης με την υλοποίηση και δοκιμή ψηφιακών κυκλώματων στο εργαστήριο, όπου χρησιμοποιούνται πρότυπες πλακέτες ανάπτυξης υλικού με FPGAs τελευταίας τεχνολογίας.

    Η έμφαση του μαθήματος είναι μια χρυσή τομή θεωρητικής και πρακτικής γνώσης για την σχεδίαση πραγματικών ψηφιακών κυκλωμάτων μικρού και μεσαίου μεγέθους. Έτσι, σε συνδυασμό με τις απαραίτητες θεωρητικές γνώσεις ψηφιακής σχεδίασης που περιλαμβάνουν: (α) βασικά θεμέλια της ψηφιακής σχεδίασης, δηλ. βασικές πύλες, αναπαράσταση αριθμών, κανόνες δυαδικής άλγεβρας, (β) συνδυαστικά κυκλώματα, αναπαράσταση και ανάλυση, δι-επίπεδη και πολυ-επίπεδη υλοποίηση, καμπύλη Pareto εμβαδού-ταχύτητας, (γ) ακολουθιακά κυκλώματα, καταχωρητές, μανταλωτές, ανάλυση κυκλωμάτων με ανάδραση, (δ) μνήμες SRAM/DRAM, (ε) δίαυλοι, (ζ) χρονισμός ψηφιακών κυκλωμάτων και συγχρονισμός, οι παραπάνω θεωρητικές γνώσεις θα συνδυάζονται με εκμάθηση των σχετικών δομών και εκφράσεων στην γλώσσα περιγραφής υλικού Verilog, αλλά και επιπλέον με την εκμάθηση της ροής σχεδίασης και υλοποίησης κυκλωμάτων σε FPGA, από Verilog σε προγραμματίσιμο αρχείο για την συσκευή. Πρότυπες πλακέτες FPGA, σε συνδυασμό με το σχετικό βιομηχανικό λογισμικό υλοποίησης κυκλωμάτων σε FPGA θα παρουσιασθούν και θα χρησιμοποιηθούν για τις πρακτικές εργασίες του μαθήματος οι οποίες θα αξιολογούνται και θα επαληθεύονται όχι μόνο στο επίπεδο της προσομοίωσης της σωστής λειτουργίας του λογισμικού στον υπολογιστή αλλά και στο εργαστήριο με την υλοποίηση του κυκλώματος στην FPGA, σε πραγματικές συνθήκες, με τα ανάλογα ηλεκτρονικά φαινόμενα και δεδομένα.

  2. Ύλη

    1. Επανάληψη Βασικών Εννοιών Ψηφιακής Σχεδίασης
    2. Τυπική Ροή Ηλεκτρονικού Σχεδιαστικού Αυτοματισμού
    3. H Γλώσσα Περιγραφής Υλικού Verilog
    4. Αριθμητικά Κυκλώματα
    5. Συγχρονισμός και Μεταστάθεια
    6. Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων
    7. Δυαδική Άλγεβρα, Δυαδική Βελτιστοποίηση
    8. Χρονισμός, Στατική Χρονική Ανάλυση

  3. Εργαστήρια

    4. Το ΗΥ333 έχει πρακτικό χαρακτήρα και έμφαση και απαιτεί εξάσκηση, εξοικείωση και απασχόληση σε εργαστήριο, όπου θα χρησιμοποιούνται οι πρότυπες πλακέτες FPGA, θα γίνεται ο προγραμματισμός τους και η υλοποίηση του κυκλώματος και θα δοκιμάζονται στο πεδίο τα αποτελέσματα της σχεδίασης, δηλαδή αν το κύκλωμα λειτουργεί όπως απαιτούσαν οι προδιαγραφές οι όχι.

    Έτσι, εκτός απο την υλοποίηση των κυκλωμάτων και την επαλήθευση τους σε επίπεδο εξομοίωσης, είναι απαραίτητη η τακτική χρήση του εργαστηρίου. Στο εργαστήριο θα μπορούν να απαντηθούν και θεωρητικές και πρακτικές απορίες.

    Τα εργαστήρια του μαθήματος γίνονται στο Εργαστήριο Β2, και οι εγγεγραμμένοι φοιτητές θα πρέπει να επιλέξουν εργαστηριακή ομάδα και ώρα σε συννενόηση με τον διδάσκοντα ή τους βοηθούς.

  4. Ασκήσεις

    5. Εκτός απο τα εργαστήρια που αποτελούν τον βασικό κορμό εργασίας, θα δωθούν και δυο ασκήσεις στην πορεία του μαθήματος, ο στόχος των οποίων είναι η εξοικείωση με την γλώσσα Verilog και σχετικές πρακτικές έννοιες όπως η υλοποίηση ενος κυκλώματος σε επίπεδο πυλών, η δομική συναρμολόγηση κυκλώματος, η ανάλυση κυκλωμάτων και η υλοποίηση Mηχανών Πεπερασμένων Καταστάσεων (ΜΠΚ).

  5. Βαθμολόγηση

    6. Η βαθμολόγηση θα γίνεται με τους εξής γνώμονες:


    Οι στόχοι της παραπάνω κατανομής ποσοστών είναι η διαρκής αξιολόγηση των φοιτητών κατά την διάρκεια του εξαμήνου και η εξαγωγή του τελικού βαθμού απο όσο το δυνατόν περισσότερα δείγματα γνώσεων.

  6. Προαπαιτούμενα Μαθήματα

    7. Το ΗΥ333 έχει ως προαπαιτούμενο μάθημα το ΗΥ232 - Οργάνωση Υπολογιστών.

  7. Μονάδες

    8. Το μάθημα είναι επιλογής (Ε4), αντιστοιχεί σε 4 Διδακτικές Μονάδες, 6 μονάδες ECTS και βρίσκεται στην Περιοχή του Υλικού και Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών.
Χ. Σωτηρίου - Tελευταία ενημέρωση - 4/10/2020.