Програмовіні логічні мікросхеми

Мета дисципліни є засвоєння необхідних знань з основ теорії побудови, функціонування та використання основних пристроїв, вузлів, базових елементів та архітектури підсистем пам’яті сучасних комп’ютерних та мікроконтролерних керуючих систем, що виконані на базі інтегральної технології, формування твердих практичних навичок щодо проектування систем збереження інформації, на основі ПЛІС-FPGA створювати широкий спектр електронних пристроїв, серед яких: засоби поєднання різних за живленням інтерфейсів, перетворювачі кодів, периферійні контролери, мікропрограмні пристрої керування (мікропроцесорні ядра з можливістю зміни архітектури), скінченні автомати, універсальні та спеціалізовані процесори, пристрої цифрової обробки сигналів тощо.

Завданням курсу «Програмовані логічні мікросхеми» є оволодіння загальними принципами побудови та використання сучасних мікросхем запам’ятовуючих пристроїв та програмованих логічних матриць; знайомство з різними типами мікросхем оперативної пам’яті (статична, динамічна);  розгляд принципів побудови модулів спеціалізованої пам’яті (багато портова MULTIPORT, перший зайшов – перший вийшов FIFO, перший зайшов – останній вийшов FILO або STACK) з різними типами інтерфейсів; знайомство з мікросхемами енергонезалежної пам’яті (NVRAM, які використовують різні фізичні явища MRAM, FRAM, PCD-RAM); розгляд мікросхем програмованої постійної пам'яті (ROM); принципи будови та програмування елементів програмованих логічних матриць. 

У результаті вивчення цієї дисципліни студент повинен

знати:

• об’єкт дисципліни (Програмовані логічні мікросхеми), предмет дисципліни, задачі дисципліни, проблематику дисципліни та її основні розділи;

• базові поняття та визначення комп’ютерної логіки та комп’ютерної арифметики;

• алгебру комбінаційної та секвенціальної логіки;

• методи синтезу та аналізу комбінаційних та секвенціальних схем, цифрових (керуючих та операційних) автоматів в різних елементних базисах;

• основи теорії цифрових автоматів;

• типові цифрові схеми комп’ютерів;

• теоретичні основи систем числення та комп’ютерної арифметики. 

    вміти: 

• виконувати аналіз та синтез типових вузлів комп’ютерів, використовуючи сучасні FPGA та CPLD;

• демонструвати експериментальні навички у розробленні цифрових схем: аналізувати вимоги, проводити декомпозицію завдання, обирати елементну базу для вирішення поставленого завдання,реалізовувати цифрові схеми та аналізувати їх;

• формулювати практичні задачі комп'ютерної логіки в термінах алгебри перемикальних функцій, абстрактної та структурної теорії цифрових автоматів;

• розробляти алгоритми функціонування автоматів з пам'яттю, робити їх формалізований опис

• із застосуванням різних мов;

• виконувати абстрактний та структурний синтез автоматів з використанням теорії часових функцій та композиції елементарних автоматів;

• подавати числа у різних системах числення, визначати властивості систем та застосовувати способи перетворення чисел із однієї системи числення в іншу;

• розробляти алгоритми виконання основних арифметичних та алгебраїчних операцій з числами, що подані з фіксованою комою;

• розробляти алгоритми виконання основних арифметичних та алгебраїчних операцій з числами, що подані з плаваючою комою;

• розробляти на функціональному рівні операційні автомати, що реалізують задані алгоритми перетворення даних, виконувати порівняльний аналіз різних технічних рішень.

 Вивчення курсу ґрунтується на знаннях, отриманих у курсах персональні комп’ютери, програмування та алгоритмічні мови, обчислювальна математика, твердотільна електроніка, аналогова схемотехніка, цифрова схемотехніка, мікропроцесорна техніка, функціональна електроніка. Враховується, що детальне дослідження предметного середовища, яке вивчається у курсі «Програмовані логічні мікросхеми» може бути продовжено й поглиблено у різних спецкурсах, що читаються на окремих кафедрах, а також у процесі виконання курсових, науково-дослідних та кваліфікаційних робіт студентів.

Тематичний план лекцій

Перелік завдань лабораторного практикуму

Лабораторні роботи (обов’язковим для виконання є всі роботи)

1.  Дослідження мікросхем статичної та динамічної оперативної пам’яті.

2.  Вивчення будови та використання мікросхем пам’яті FIFO.

3.  Дослідження мікросхем багато портової пам’яті.

4.  Використання сегнетоелектричної пам’яті в мікро контролерах сімейства MSP430 фірми Texas Instruments.

5.  Вивчення основних властивостей MRAM пам’яті компанії EVERSPIN.

6.  Ознайомлення з лабораторним макетом Altera (Terasic) DE1-SoC.

7.  Створення цифрових пристроїв на базі сімейства ПЛИС Сyclone V SoC за допомогою графічного редактора програмного пакета ALTERA QUARTUS Prime

8.  Синтез цифрових пристроїв за допомогою сигнальних описів з використанням системи QUARTUS Prime фірми ALTERA.

9.  Створення цифрових пристроїв за допомогою мови VHDL та програмного пакета QUARTUS Prime.

 Базова та додаткова навчальна література

Базова

1. В. В. Казимир Проектування комп'ютерних систем на основі мікросхем програмованої логіки : монографія / С. А. Іванець, Ю. О. Зубань, В. В. Казимир, В. В. Литвинов. – Суми : Сумський державний університет, 2013. – 313 с. ISBN 978-966-657-491-9

2. Рябенький В.М., Жуйкою В.Я., Гулий В.Д. Цифрова схемотехніка: Навч. Посібник. – Львів: «Новий Світ-2000», 2009. – 736 с.

3. Сніжко Є.М. Лабораторний практикум із розробки цифрових систем на ПЛІС /Є.М.Сніжко, О.Є.Тихомиров.- Д.: РВВ ДНУ, 2007.- 112 с.

4. Ю.І. Якименко, Т.О. Терещенко, Є.І. Сокол та ін. Мікропроцесорна техніка: Підручник. – 2-ге вид., переробл. та доповн. – К.: ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”; “Кондор”, 2004. – 440с.

5. В.І.Бойко, А.М. Гуржій, В.Я. Жуйков та ін.. Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн. 3. Мікропроцесори та мікроконтролери: Підручник. – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк.., 2004. – 399с.

6. Ю.М.Височанський, А.А.Горват, О.О.Грабар та ін. Твердотільна електроніка: Лабораторний практикум. Навч. посібник. – Ужгород: ІВА, 2001. – 388с.

7. М.С. Будіщев Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. Підручник. – Львів: Афіша, 2001. – 424с.

8. Твердотільна електроніка. Мікросхемотехніка : конспект лекцій / укладачі: О. М. Кобяков, А. С. Опанасюк, І. Є. Бражник, О. А. Любивий. – Суми : Сумський державний університет, 2015. – 109 с.

9. Матвієнко М. П., Розен В. П. Комп'ютерна схемотехніка. Навчальний посібник. — К.:Видавництво Ліра-К, 2013. — 192 с. 

10. Бабич М.П., Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка. Навчальний посібник. – К.: «МК-Прес», 2004. – 412 с.

11. Бідасюк М.А. Комп’ютерна схемотехніка. Курс лекцій. – Ів.-Франк.: Симфонія КЕП, 2012 

Додаткова

1. В.В. Корнеев, А.В. Киселев Современные микропроцессоры. – 3-е изд., перераб. И доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 448с.

2. А.В. Белов Самоучитель по микропроцессорной технике. – СПб.: Наука и Техника, 2003 – 224 с.

3. Grant McFarland Microprocessor Design. A Practical Guide from Design Planning to Manufacturing. – McGraw-Hill Publishing Companies, Inc. – 2006. – 432p.

4. John Crisp Microprocessors and Microcontrollers, - Second edition, - Elsevier, 2004. – 287p.

5. Gunther Gridling, Bettina Weiss Introduction to Microcontrollers, - Vienna University of Technology, 2006. – 103p.

6. Bruce Jacob, Spencer W. Ng, David T. Wang Memory Systems Cache, DRAM, Disk, - Elsevier, 2008. – 1017p.

7. М. Предко Руководство по микроконтроллерам. Том I. – Москва: Постмаркет , 2001. – 416с.

8. М. Предко Руководство по микроконтроллерам. Том II. – Москва: Постмаркет , 2001. – 488с.

9. Р. Токхайм Микропроцессоры: Курс и упражнения/ Пер. с англ., под ред. В.Н.Грасевича. М.: Энергоатомиздат, 1988. – 336 с.

10. ДСТУ 3212-95. Мікросхеми інтегровані. Класифікація та система умовних позначень.

11. ДСТУ 2399-94. Системи обробки інформації. Логічні пристрої, схеми, сигнали. Терміни та визначення.

12. ДСТУ 2383-94. Мікросхеми інтегровані. Терміни, визначення та літерні позначення електричних параметрів.

13. ДСТУ 2533-94. Системи обробки інформації. Арифметичні та логічні операції. Терміни та визначення.