Digitalne strukture

Visokošolski učitelji: Kotnik Tadej

Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

• Pogoj za vključitev v opravljanje študijskih obveznosti pri predmetu je vpis v 2. letnik univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Elektrotehnika.

Vsebina:

• Številski sistemi in kode: številski sistemi, kode in kodiranje, odkrivanje in odpravljanje napak.
• Booleova algebra: izjave in Booleove spremen­ljivke, operacije z izjavami, aksiomi in teoremi, načini dokazovanja teoremov.
• Preklopne funkcije in logična vrata: oblike funkcij, metode poenostavljanja in pretvorbe med oblikami, Karnaughov diagram in pravilnostna tabela, funkcijsko polni sistemi, logična vrata in vezja, hazard v logičnih vezjih, tehnološke izvedbe logičnih vezij in njihove lastnosti, tehnologija CMOS.
• Kombinacijska vezja: kodirniki in dekodirniki, multipleksorji in demultipleksorji, primerjalniki enakosti in velikosti, seštevalniki, množilniki, aritmetično-logična enota.
• Računalniško podprto načrtovanje digitalnih struktur: minimizatorji, urejevalniki shemat-skih prikazov, simulatorji vezij, strojno opisni jeziki, sintetizatorji geometrije tiskanih vezij.
• Sekvenčna vezja: spominske celice, pravilnostna in vzbujalna tabela, stabilizatorji preklopnikov, registri, števci, pomikalni registri, krožni števci, vzbujalne enačbe, tabela in diagram stanj, analiza in sinteza sekvenčnih vezij.
• Tristanjski izravnalniki in vodila: izravnalnik, izravnalnik s histerezo, tristanjski izravnalniki in serijska vodila, tristanjski vmesniki in paralelna vodila.
• Programirljiva vezja: pomnilna mreža, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash, PLA, PAL, GAL, SRAM, DRAM, CPLD, FPGA. Uporaba strojno opisnega jezika za realizacijo kombina­cijskih in sekvenčnih vezij s CPLD in FPGA.
• Dodatne vsebine (podane v primeru razpoložljivega časa, a ne sodijo v izpitno snov): mikrokrmilniki, mikroprocesorji, analog-no-digitalni in digitalno-analogni pretvorniki, generatorji takta in urinih pulzov.

Cilji in kompetence:

• Spoznati teoretične osnove logičnega odločanja in pomnjenja v digitalnih strukturah.
• Pridobiti znanje za praktično načrtovanje, izdelavo in preizkušanje digitalnih struktur.

Predvideni študijski rezultati:

• Znanje in razumevanje: Študent bo razumel osnove delovanja kombinacijskih in sekvenčnih digitalnih struktur. Znal bo analizirati njihovo delovanje, ga opisati v enem od strojno opisnih jezikov in izvesti načrtovanje, abstraktno in strukturno sintezo ter preizkušanje digitalnih struktur. Pridobil bo tudi osnovno znanje za praktično izdelavo digitalnih vezij s sodobnimi računalniško podprtimi metodami.
• Uporaba: Samostojna analiza, načrtovanje, abstraktna in strukturna sinteza, preizkušanje in izdelava digitalnih struktur s klasičnimi in sodobnimi metodami.
• Refleksija: Študent bo sposoben oceniti in izbrati najugodnejšo izvedbo digitalne strukture glede na funkcionalno obsežnost, ekonomičnost in zanesljivost delovanja načrtovanega sistema.
• Prenosljive spretnosti: Sposobnost samostojne analize delovanja digitalnih struktur; sposobnost samostojnega načrtovanja, abstraktne in strukturne sinteze ter preizkušanja prototipov digitalnih struktur; poznavanje in osnovne izkušnje z uporabo sodobnih računalniško podprtih metod za načrtovanje, analizo in simulacijo delovanja digitalnih struktur.

Metode poučevanja in učenja:

• Predavanja z vključenimi primeri reševanja nalog za poglabljanje razumevanja teoretičnih osnov, laboratorijske vaje za pridobivanje samostojnih praktičnih izkušenj z načrtovanjem, realizacijo in preizkušanjem digitalnih vezij.

Gradiva

1. J. F. Wakerly. Digital Design: Principles and Practices, 4th ed. Pearson/Prentice Hall, 2006.
2. M. Morris Mano, M. D. Ciletti. Digital Design, 4th ed. Pearson/Prentice Hall, 2007.
3. W. Kleitz. Digital Electronics, 9th ed. Pearson, 2012.
4. C. Maxfield. Bebop to the Boolean Boogie, 3rd ed. Newnes, 2009.
5. G. Pucihar, T. Kotnik. Digitalne strukture: Zbirka rešenih nalog. Založba FE in FRI, 2011.