Digitális technika

VIMIAA03 | Mérnökinformatikus BSc | Félév: 1 | Kredit: 5

A tantárgy célkitűzése

A Digitális technika egy fontos alapozó tárgy a mérnökinformatikus szak tantervében. Legfontosabb célkitűzése azon digitális technikai ismeretek átadása, amelyek elsajátításával megérthető egy egyszerű processzor felépítése, működése és a programozásának alapjai. Ennek folyamán a hallgató megismerkedik a mérnöki feladatmegoldás lépéseivel, alapvető gyakorlati ismeretekre és önálló problémamegoldási készségekre tesz szert. A tárgy bemutatja a számítástechnikai rendszerek alapelemeinek működését, a digitális absztrakció tulajdonságait, az egyszerűbb feladatok közvetlen hardveres, ill. alacsony szintű szoftveres (assembly) megoldását. A bináris aritmetika, a műveletvégzők, funkcionális egységek, vezérlők, állapotgépek tervezésének bemutatásán keresztül jut el az általános célú CPU architektúra ismertetéséig, az elemi mikrokontroller használat (periféria illesztés és programozás) alkalmazásáig. A tárgyhoz kapcsolódó gyakorlatok és laboratóriumi foglalkozások során a hangsúly a korszerű számítógépes tervezői módszerek megismerésén és a közvetlen, alapfokú tervezési/fejlesztési lépések elsajátításán van.

Kovácsházy Tamás

docens

tárgyfelelős

A tárgy oktatói

Benesóczky Zoltán

mesteroktató

Huszerl Gábor

mesteroktató

Kovácsházy Tamás

docens

Naszály Gábor

mesteroktató

Raikovich Tamás

tanársegéd

Scherer Balázs

mesteroktató

Szántó Péter

mesteroktató

Wiesner András

doktorandusz

A tantárgy részletes tematikája

Bevezetés a digitális technikába.
Boole algebra.
Logikai kapuk és kapcsolási rajz szimbólumaik, logikai függvények és leírásaik.

Logikai kapuk. Logikai függvények.

Egyszerű logikai függvények megadása kapcsolási rajzzal.

Számrendszerek, számábrázolás. Kettes komplemens számábrázolás. Aritmetikai műveletek.
Hardver tervezés folyamata CAD rendszerrel, hardver leíró nyelvek: Verilog, Verilog modul. Egyszerű értékadás.

Számábrázolás, bináris összeadás.

Egyszerű logikai függvények megadása Verilog nyelven. Verilog leírás - kapcsolási rajz kapcsolata. Szimuláció, megvalósítás.

Kombinációs funkcionális egységek: dekóder, enkóder, multiplexer, demultiplexer, komparátor, összeadó.
Verilog: always blokk, regiszter típusú változó. Funkcionális elemek viselkedési leírása.

Multiplexer, dekóder

7 szegmenses dekóder.

Szinkron sorrendi hálózatok: tároló elemek. Órajel, időzítési követelmények.
Állapotgépek (FSM): (szöveges) specifikáció -> állapotgráf -> realizáció.
Verilog: élérzékeny always blokk, FSM leírása.

Állapotgráf készítése specifikáció alapján.

FSM realizációja.

Sorrendi funkcionális egységek: multifunkciós regiszter, shiftregiszter, számláló.

Shiftregiszter, bináris számláló.

Sorrendi funkcionális egységek: regiszter tömb, RAM, ROM, FIFO, LIFO

Funkcionális elem alapú tervezés (7 szegmenses kijelző vezérlő).

Komplex feladat HLSM leírása. Vezérlő és adatstruktúra szétválasztás, építkezés funkcionális elemekből.

Adatstruktúra és vezérlés példa.

Processzor felépítése: az általános célú adatstruktúra és vezérlő. 3 regiszter címes és 2 regiszter címes processzor adatstruktúra.
A MiniRISC processzor felépítése, utasítás feldolgozás lépései.

Assembly programozás.

Egyszerű assembly program.

Utasításkészlet felépítése. Címzési módok. Program leírása folyamatábrával. Assembly programozás.
Ciklusok. Szubrutinok.

Ciklusok, szubrutinok. C - assembly kapcsolat.

Ciklusok, szubrutinok megvalósítása.

Perifériák funkciója. Perifériák programozói interfésze (üzemmód, parancs, státus, adat regiszterek). Mikroprocesszoros busz, periféria illesztés.

Periféria illesztés.

Regiszter illesztése a buszra.

Tipikus perifériák: GPIO, időzítő.
Periféria kezelési módszerek. Megszakítás fogalma.

Indirekt címzés és periféria használat: GPIO és 7 szegmenses kijelző.

Megszakítás rendszerek, megszakítás kezelése.

SW és HW időzítés.

Időzítő periféria használata. (Programozott státusz lekérdezéssel és megszakítással)

Egyszerű adatátviteli interfészek: UART, SPI.

Perifériakezelés: UART.

Tartalék