440-2102/01 – Logické obvody (LO)
| Garantující katedra | Katedra telekomunikační techniky | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Jaroslav Zdrálek, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Jaroslav Zdrálek, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2010/2011 | Rok zrušení | 2020/2021 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je seznámit studenty se základy číslicových systémů s pohledu jejich základní hardwarové realizace pomocí hradel a automatu s konečným počtem stavů, zobrazováním čísel a symbolů, základními algoritmy pro aritmetické operace v číslicových systémech.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
Základy hardwarové realizace digitálních systémů - logika, Boolean algebra a funkce, hradla, klopné obvody, kombinační a sekvenční obvod, automat s konečným počtem stavů, vlastnosti základních logických obvodů jako jsou multiplexery, dekodéry, registry, čítače, aritmetické sčítačky.
Základy zobrazování informací v číslicových systémech - číslicové soustavy s libovolným základem, význam dvojkové, oktální a hexadecimální soustavy, binární aritmetické operace, dekadické operace na binární aritmetice, zobrazování symbolů a znaků, ASCII kód, UNICODE, zobrazování celých čísel a reálných čísle.
Povinná literatura:
Diviš,Z., Chmelíková,Z., Zdrálek,J.: Logické obvody, VŠB - TU Ostrava, 1999
Frištacký N.: Logické systémy, ALFA Bratislava,1986
Petříková,I.: Logické obvody - příklady, VŠB-TUO, 2001
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Bodové hodnocení projektů.
Testy v průběhu semestru.
Hodnocení aktivity na cvičení.
E-learning
Další požadavky na studenta
Znalost programovacího jazyka C nebo C++, samostaně sestavit vyvojový diagram programu.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
PŘEDNÁŠKY:
• Logika, Boolean algebra, Booloean funkce, zápisy Boolean funkcí, číselné soustavy, převody celých čísel.
• Definice základních tvarů pro dvojstupňovou logiku, kanonické formy, zjednodušování pomocí Boolean algebry, Karnaugh mapy, úvod do počítačových algoritmů minimalizace (McCluskey, Expreso, ...).
• Hradlo, vazba na operace, logické signály a jejich aktivní úrovně, sestavení logické dvojstupňové sítě, realizace pomocí struktur AND-OR, OR-AND, NAND-NAND, NOR-NOR.
• Číselné soustavy, převody mezi číselnými soustavami, integer a real, všeobecně. Zdůraznění vazeb mezi dvojkovou, oktalovou a šestnáctkovou soustavou.
• Reprezentace integer čísel – znaménko a hodnota, jednotkový a dvojkový doplněk, pomocí posunutí, aritmetické operace součet, rozdíl, násobení a dělení, příznaky operací N, Z, V, C.
• Realizace binárního aritmetického součtu a rozdílu, význam kanálu zrychleného přenosu, hardwarové násobení, dělení.
• Reprezentace real čísel - fixed (Qm.n formát) a float formát (IEEE 754-2008), aritmetické operace, programové implementace násobení a dělení, příznaky operací.
• Zobrazování symbolů, znaků, ASCII kód, Unicode, UTF algoritmy.
• Reprezentace reálných a celých čísel v BCD kódu, aritmetické operace – součet.
• Asynchronní klopný obvod R-S, funkce synchronních klopných obvodů D, T, JK.
• Sekvenční obvody - FSM, opakování automatu s konečným počtem stavů, definice chování, základní způsoby zápisu – grafické, programové.
• Číslicový synchronní systém – řadič a řízená jednotka, realizace řadiče – pomocí D klopných obvodů a mikroprogramová řídící jednotka, ukázka na příkladu.
• Technologie číslicových obvodů (bipolární a unipolární) TTL a CMOS, elektronické vlastnosti hradel - TTL, logická hodnota 1/0 a úroveň L/H, otevřený kolektor, třístavový a obousměrný výstup.
CVIČENÍ:
• Bezpečnost, organizace cvičení, zadání prvního projektu, převody integer čísel z desítkové do dvojkové a hexa soustavy, Boolean algebra.
• Karnaughovy mapy a realizace funkcí pomocí hradel.
Počítačová cvičení
• Převody mezi číselnými soustavami. Bezpečnost.
• Výpočet součtu a rozdílu nad binárními celými čísly, dvojkový doplněk.
• Součet a rozdíl čísel vyjádřených pomocí posunutí. Bitově orientované logické operace.
• Výpočet aritmetických operací (součet a rozdíl) nad integer čísly s posunutím.
• Aritmetické operace součet rozdíl nad čísly v pevné řádové čárce, formát Qn.m.
• Generátor rastrového písma a zobrazení textu.
• Převod čísla na float (IEEE-754 - binární definice).
• Desítková aritmetika, aplikace BCD kódu pro výpočty, převod čísla na číslo v pohyblivé řádové čárce - float (IEEE-754 – dekadická definice).
• Simulace chování sekvenčního obvodu
Laboratoře
• Cvičné zapojení kombinačního obvodu pomocí RC stavebnici.
• Odevzdání prvního projektu.
PROJEKTY:
1. projekt: Návrh kombinačních obvodů pro 4 vstupní proměnné pomocí Karnaughovy mapy, obvodové schéma a praktická realizace.
2. projekt: Operace nad čísly v pevné řádové čárce.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky