Αποστολος Π. Τραγανιτης ΗΥ-120 ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ Αποστολος Π. Τραγανιτης tragani@csd.uoc.gr http://www.csd.uoc.gr/~hy120

Σκοπος του μαθηματος Το μαθημα εξεταζει τις βασικες τεχνικες για την σχεδιαση και την υλοποιηση πολυπλοκων ψηφιακων συστηματων

Τυπικο παραδειγμα Ψηφιακου Συστηματος Ο Ηλεκτρονικος Υπολογιστης Εξελιξη της τεχνολογιας: 1946 : ENIAC

Ηλεκτρονικος Υπολογιστης 2000: Pentium 4 44 εκατ. transistors

Επίπεδα σχεδίασης

Περιεχομενα Μαθηματος Εισαγωγή Δυαδικά Συστήματα Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole Συνδυαστική Λογική Συνδυαστικά Κυκλώματα με MSI και PLD Σύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα Καταχωρητές, Μετρητές και Μονάδες Μνήμης Αλγοριθμικές Μηχανές Καταστάσεων

Κανονες του “παιχνιδιου” Διδασκαλια: 2 διωρα/εβδομαδα Εργαστηριο: 1 διωρο/εδβομαδα. Η υλη των εργαστηριων ειναι “εξετασιμη” Εκπονηση Project (υποχρεωτικη) Εξετασεις Βαθμολογια Εξεταση προοδου (προαιρετικη) ΒΠ Τελικη εξεταση ΒΤ Βαθμος εργαστηριων ΒΕ Βαθμος project ΒΡ Τελικος βαθμος: ο μεγαλυτερος εκ των δυο, εφ’οσον ΒΤ > 4 0.4 x ΒΤ +0.3 x ΒΠ + 0.2 x ΒΕ x BP x 0.15 0.7 x BT + 0.2 x ΒΕ x BP x 0.15

Τι ειναι ενα ψηφιακο συστημα Τα συστηματα διακρινονται σε Αναλογικα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν παιρνουν τιμες απο ενα συνεχες διαστημα τιμων, και σε Ψηφιακα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν εχουν ενα πεπερασμενο αριθμο διακριτων τιμων x,z z(t) x z Συστημα x(t) t Αναλογικα σηματα x,z 4 3 x(t) Ψηφιακα σηματα 2 z(t) 1 1 2 3 4 5

Σημασια των ψηφιακων συστηματων Τα ψηφιακα συστηματα χρησιμοποιουνται για: Επεξεργασια δεδομενων Μεταδοση δεδομενων – επικοινωνια Αποθηκευση δεδομενων Παρασταση διαφορων μορφων πληροφοριας Παραδειγμα: Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων σηματων Ψηφιακη επεξεργασια ADC DAC ...1101 1001 1100 0110... ...1101 1001 1100 0110... Ψηφιακα σηματα Αναλογικο σημα μικροφωνου Αναλογικο σημα μεγαφωνου

Σημασια των ψηφιακων συστηματων (2) Καταλληλα για την επεξεργασια ψηφιακων ΚΑΙ αναλογικων σηματων Μπορει να χρησιμοποιηθει ενας γενικης χρησης υπολογιστης για την επεξεργασια δεδομενων Ο πεπερασμενος αριθμος τιμων ενος ψηφιακου σηματος μπορει να παρασταθει με ενα διανυσμα σηματων που παιρνουν δυο μονο τιμες (δυαδικα σηματα). Για παραδειγμα το 10 δεκαδικα ψηφια μπορουν να παρασταθουν με διανυσματα 4 δυαδικων σηματων: Ψηφιο 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Διανυσμα 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 Τα συστηματα που επεξεργαζονται δυαδικα σηματα ειναι πολυ απλες 4. Τα ψηφιακα σηματα (και ιδιως τα δυαδικα) εχουν μεγαλη ανοχη στην επιδραση του θορυβου ή στις θερμοκρασιακες μεταβολες των τιμων των εξαρτηματων των συστηματων

Σημασια των ψηφιακων συστηματων (3) Τα ψηφιακα συστηματα μπορουν να αποκτησουν μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων. Για παραδειγμα ενα ψηφιακο ρολοϊ δειχνει την ωρα με μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων απο 4 σε 6 12:30 12:30:45 Οι εξελιξεις της μικρο-ηλεκτρονικης τεχνολογιας επιτρεπουν την κατασκευη εξαιρετικα πολυπλοκων ψηφιακων συστηματων που ειναι μικρα, ταχυτατα, και φθηνα (ολοκληρωμενα κυκλωματα ICs). Παρεχεται η δυνατοτητα επιλογης μεταξυ διαφορετικων υλοποιησεων που ανταλλασουν ταχυτητα με πολυπλοκοτητα. Για παραδειγμα θεωρειστε ενα συστημα που προσθετει δυο 5ψηφιους αριθμους: Μπορει να κανει την προσθεση ταυτοχρονα και για τα 5 ψηφια ή σειριακα προσθετοντας διαδοχικα τα ψηφια