Προηγμένα Ψηφιακά Συστήματα

                                                                                         ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Επιστροφή

    

Εβδομαδιαίες ώρες διδασκαλίας:  3 θεωρία + 2 εργαστήριο

Tυπικό εξάμηνο διδασκαλίας:        ΣΤ

Διδασκαλία:                                    Η διδασκαλία του μαθήματος έχει τη μορφή 15 διαλέξεων και ισάριθμων εργαστηριακών ασκήσεων, στο πλαίσιο των οποίων υπάρχει η δυνατότητα ανάληψης εργασιών.

Ενδεικτικά προαπαιτούμενα:         Ψηφιακά Κυκλώματα, Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Διδακτικές μονάδες:                       7

Σκοπός και στόχοι του μαθήματος

Το μάθημα αποσκοπεί στο να εισάγει τον φοιτητή σε προχωρημένα θέματα ψηφιακών συστημάτων με κεντρικό άξονα την σχεδίαση και κατασκευή ολοκληρωμένων ψηφιακών κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας (LSI-VLSI) και τις προηγμένες αρχιτεκτονικές μικροεπεξεργαστών και μικρουπολογιστών. Αναλύνται θέματα όπως η τεχνολογια ημιαγωγών, οι κανόνες και τεχνικές κατασκευής VLSI, η σχεδίαση σύνθετων κυκλωμάτων σε υψηλό επίπεδο με γλώσσες περιγραφής, και ειδικά προγραμματιζόμενα και επανασχεδιαζόμενα ψηφιακά κυκλώματα. Επίσης αναλύονται αρχές εκτίμησης παραμέτρων και διάγνωσης σφαλμάτων καθώς και σύγχρονες αρχιτεκτονικές επεξεργαστών. Στη συνέχεια μελετώνται οι αρχιτεκτονικές σύγχρονων μικροεπεξργαστών CISC, RISC, Superscalar και παράλληλων Μ/Ε. Τέλος αναλύονται ειδικά κυκλώματα VLSΙ για επικοινωνία Μ/Ε και Π.Σ.καθώς και πρωτόκολλα διαύλων.

Περίγραμμα μαθήματος:

·      Θεωρία ημιαγωγών υλικών, τεχνολογία κατασκευής, επαφή p-n, δίοδος p-n, Διπολικό τρανζίστορ, FET επαφής, MOS τρανζίστορ.

·      Θεωρία και τεχνολογία κατασκευής LSI-VLSI, λιθογραφία και χάραξη, εναπόθεση στρωμάτων και προσμείξεις, τεχνικές ηλεκτρικής απομόνωσης, κανόνες σχεδίασης, πρότυπα και προσομοίωση κυκλωμάτων CMOS, λογική σχεδίαση και φυσικό σχέδιο, βελτιστοποίηση σχεδίου, Σχεδίαση βασικών υποσυστημάτων, προγράμματα ανάλυσης και σχεδίασης μασκών.

·      Σύνθεση και σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων υψηλού επιπέδου, πεδία και επίπεδα περιγραφής, διαδρομή δεδομένων και ελέγχου, γράφος ροής αλγορίθμου και δεδομένων, διάγραμμα χρόνου-λειτουργιών.

·       Αρχιτεκτονικές συστολικών δικτύων, υλοποίηση κυκλωμάτων VLSI για αριθμητικές πράξεις, υλοποίηση ψηφιακών φίλτρων, χρήση σχεδιαστικών εργαλείων, γλώσσες περιγραφής κυκλωμάτων για αυτόματη σχεδίαση, Η γλώσσα VHDL, σύνθεση διατάξεων.

·      Προγραμματιζόμενα και επανασχεδιάσιμα ψηφιακά κυκλώματα  PAL, GAL, PLA, EPLD, FPGA, Evolutionary Hardware.

·      Εκτίμηση παραμέτρων και επιδόσεων (αντίσταση χωρητικότητα, καθυστέρηση, ισχύς) Διαγνωστικές δοκιμές, ανίχνευση και εντόπιση σφαλμάτων σε κυκλώματα VLSI.

·       Αρχιτεκτονικές συνόλου εντολών, οργάνωση προηγμένων επεξεργαστών, αρχιτεκτονικές αγωγού, οργάνωση ιεραρχιας μνημών, αρχιτεκτονικές αγωγού πολλαπλών βαθμίδων μεταβλητής καθυστέρησης, πρόβλεψη διακλάδωσης, δυναμική δρομολόγηση εντολών, αρχιτεκτονικές μεγάλου μήκους λέξης.

·       Σύχρονες αρχιτεκτονικές μικροεπεξεργαστών, Pentium, Xeon, AMD, PowerPC, παραλληλοποίηση σε επίπεδο εντολής με τη μέθοδο αγωγού, Superscalar αρχιτεκτονικές, RISC αρχιτεκτονικές, παράλληλοι επεξεργαστές, transputers,   

·       Ειδικά κυκλώματα LSI και VLSI για παράλληλη και σειριακή έξοδο, έλεγχο μνήμης, υλοποίηση ελεγκτών διαύλου, Ειδικά συστήματα επικοινωνίας Μ/Ε και περιφερειακών συσκευών, PIA, ACIA, timers, PIC, DMAC. Πρωτόκολλα RS232, IEEE488, SCSI, ISA, PCI, VME.

Βασική Βιβλιογραφία:

1.         John Wakerly, Digital Design, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2001.

2.     Σημειώσεις του μαθήματος «Προηγμένα Ψηφιακά Συστήματα», Α.Τ.Ε.Ι. Σερρών.

3.     St. Brown, Zvonko Vranesic, Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με την γλώσσα VHDL, Εκδόσεις Τζιόλα, 2002.

4.   ΒΕΣΤΕ ΝΗΛ-ΕΣΧΡΑΓΚΙΑΝ Κ., Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων CMOS VLSI, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 1996.

Συμπληρωματική Βιβλιογραφία:

1.        Ποριαζής, Σχεδιασμός Συστημάτων VLSI και ASIC, Εκδόσεις Παπασωτηρίου.

3.        Chen, The VLSI Handbook, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 1999.

4.       Anantha Chandrakasan et.al., Design of High Performance Microprocessor Circuits, Wiley-IEEE Comp. Society, 2001.