Moodle FEL ČVUT
Logické systémy a procesory
B241 - Zimní 2024/2025
Logické systémy a procesory - B0B35LSP
| Kredity | 6 |
| Semestry | letní |
| Zakončení | zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | čeština |
| Rozsah výuky | 2P+2L |
Anotace
Předmět uvádí do oblasti základních hardwarových struktur výpočetních prostředků, jejich návrhu a architektury. Podává přehled o možnostech provádění operací s daty na úrovni hardwaru a o tvorbě vestavěných procesorových systémů s perifériemi na moderních programovatelných logických obvodech FPGA, které se dnes široce aplikují stále více. Studenti se naučí, jak lze popsat obvody v jazyce VHDL počínaje logikou přes složitější sekvenční obvody až k praktickým návrhům konečných automatů (FSM). Ovládnou i správný postup návrhu pomocí simulace obvodů. Ve cvičení se řeší praktické úlohy s využitím vývojových desek používaných na stovkách předních univerzit po celém světě. Výklad končí strukturou procesoru RISC-V, prací s paměti cache a proudovým zpracováním instrukcí.
[poslední aktualizace leden 2024]
[poslední aktualizace leden 2024]
Cíle studia
Úvod do struktury výpočetní techniky a základy konstrukce jednoduchých periférií počítačů.
Osnovy přednášek
1. Úvod. Logická krychle a sestavení rovnice logické funkce z Karnaughovy mapy.
2. De Morganův teorém a jeho použití. Shannovova expanze. Základní stavební prvky a struktura FPGA obvodů.
3. Od jazyka C k VHDL: základní zápisy, převody na čísla a použití multiplexoru.
4. Příklady na užití souběžných (concurrent) příkazů. Úvod do 2. cvičné úlohy.
5. Sekvenční doména VHDL.
6. Zpoždění hradel. Hazardy v kombinačních obvodech a nutnost jejich eliminace synchronními obvody. Úrovní řízené klopné obvody a synchronní na náběžnou hranu. Jejich použití ve VHDL.
7. Základní synchronní obvody s DFF, čítače.
8. Posuvné registry a příklady jejich použití.
9. Od čítače nahoru dolu pres řadiče k obecným konečným automatům typu Moore ( (FSM).
10. Komunikace mezi automaty, od konečných automatů k řadičům procesorů.
11. Struktura procesoru RISC V, jeho základní verze 32I, a postup zpracování instrukcí.
12. Paměťový systém procesoru: vyrovnávací paměť CACHE.
13. Stránkování pamětí. Proudové zpracování instrukcí (pipeline), datové hazardy a skokové prediktory.
14. Pokročilá témata FPGA návrhu - soft-core procesory.
[poslední aktualizace leden 2024]
2. De Morganův teorém a jeho použití. Shannovova expanze. Základní stavební prvky a struktura FPGA obvodů.
3. Od jazyka C k VHDL: základní zápisy, převody na čísla a použití multiplexoru.
4. Příklady na užití souběžných (concurrent) příkazů. Úvod do 2. cvičné úlohy.
5. Sekvenční doména VHDL.
6. Zpoždění hradel. Hazardy v kombinačních obvodech a nutnost jejich eliminace synchronními obvody. Úrovní řízené klopné obvody a synchronní na náběžnou hranu. Jejich použití ve VHDL.
7. Základní synchronní obvody s DFF, čítače.
8. Posuvné registry a příklady jejich použití.
9. Od čítače nahoru dolu pres řadiče k obecným konečným automatům typu Moore ( (FSM).
10. Komunikace mezi automaty, od konečných automatů k řadičům procesorů.
11. Struktura procesoru RISC V, jeho základní verze 32I, a postup zpracování instrukcí.
12. Paměťový systém procesoru: vyrovnávací paměť CACHE.
13. Stránkování pamětí. Proudové zpracování instrukcí (pipeline), datové hazardy a skokové prediktory.
14. Pokročilá témata FPGA návrhu - soft-core procesory.
[poslední aktualizace leden 2024]
Osnovy cvičení
None
Literatura
Šusta R.: Binární prerekvizita (29 stran)
Šusta R.: Logické obvody na FPGA (135 stran)
Šusta R.: Uvod do VHDL I. - souběžné příkazy - (96 stran)
Šusta R.: Úvod do VHDL II. - sekvenční příkazy - (70 stran) - dosud nedokončená verze beta 0.51 z 6.6.2023.
* Všechny učebnice jsou dostupné v PDF verzi na veřejné stránce předmětu:
https://dcenet.fel.cvut.cz/edu/fpga/navody.aspx
Šusta R.: Logické obvody na FPGA (135 stran)
Šusta R.: Uvod do VHDL I. - souběžné příkazy - (96 stran)
Šusta R.: Úvod do VHDL II. - sekvenční příkazy - (70 stran) - dosud nedokončená verze beta 0.51 z 6.6.2023.
* Všechny učebnice jsou dostupné v PDF verzi na veřejné stránce předmětu:
https://dcenet.fel.cvut.cz/edu/fpga/navody.aspx
Požadavky
Základní znalosti Booleovy algebry a logických obvodů. Nutné požadavku shrnuje Binární prerekvizita, viz Studijní materiály.