CESA 2020-21 - přehled látky ke zkoušce
Důležitá je znalost principů
Statické a dynamické parametry signálů v logických obvodech.
Součástky CMOS pro číslicovou techniku v technologii. Statická logika – zapojení invertoru a jednoduchých log. obvodů,
Spínače CMOS a jejich využití v log. součástkách. Zapojení spínače, využití pro realizaci multiplexeru, obvodu neekvivalence (EX-OR) a ekvivalence.
Třístavové členy a členy s otevřeným kolektorem - vlastnosti, použití – budiče sběrnice, přepínače signálů. Zakončení vedení, terminátory.
Kombinační obvody. Pravidla Booleovy algebry, DeMorganovy zákony. Popis log. funkce pravdivostní tabulkou, výrazem, mapou. Součtová forma a odpovídající logický obvod. Neurčené stavy. Minimalizace funkce z tabulky, z mapy, z výrazu. Princip metod pro minimalizaci složitých funkcí: Quine-McCluskey, Espresso.
Realizace kombinačních obvodů pomocí multiplexerů a pomocí paměti. Rozklad funkce.
Přechodné děje v kombinačních obvodech. Zpoždění a hazardy. Vznik hazardu a jeho nalezení - rozborem obvodu, výrazu, z mapy. Projevy hazardů v číslicových systémech, metody odstranění. Dynamický hazard. Změny více proměnných, souběhy signálů.
Základní kombinační funkční bloky - dekodér, multiplexer, komparátor, prioritní kodér a prioritní řetězec, sčítačka/odčítačka. Popis log. výrazem, náchylnost k hazardům.
Klopné obvody, základní zapojení a funkce obvodu D se spínači. Vysvětlení metastability. Klopný obvod Master-Slave, funkce. Reakce klopných obvodů na hranu a na hladinu CLK. Klopné obvody T, JK, RS – funkce, metastabilita. Nastavení počátečního stavu KO, blokování činnosti KO.
Registry, datové a posuvné. Posuvy o větší počet míst na obě strany. Posuvné registry se zpětnou vazbou (lineární čítače), generace náhodných čísel.
Čítače asynchronní a synchronní, binární a modulo. Čítače v kódu binárním, modulo, Gray. Dělič kmitočtu. Reverzivní čítače.
Časovací obvody asynchronní, využívající zpoždění logických členů. Časovače synchronní, s čítači. Impulsně-šířkový modulátor (PWM) – princip, funkce, význam.
Sekvenční obvody synchronní. Přechodová a výstupní funkce, Mealyho a Mooreho automat. Popis stavovým grafem, stavovou tabulkou, soustavou podmínek přechodů. Neurčené stavy. Nastavení počátečního stavu (RESET). Postup návrhu synch. sekv. obvodů.
Časování signálů v sekvenčních obvodech. Max. kmitočet hodinových impulsů, časování vstupních a výstupních signálů, předstih a přesah pro celý systém. Vliv zpoždění v rozvodu CLK (skew) a nestability hran CLK (jitter).
Sekvenční obvody asynchronní. Problém hazardů a souběhů. "Burst-Mode" automaty, řešení s využitím klopných obvodů C ("C-element").
Předávání dat mezi nesynchronními systémy. Dvojitý vzorkovač, jeho činnost a spolehlivost. Problém souběhů signálů a jeho řešení, provoz dotaz-odpověď ("handshake") – protokoly "push", "pull".
Paměti. Paralelní a sériový přístup. Princip paměti SRAM, DRAM, EEPROM, FLASH.
Rozsáhlé systémy. Rozdělení na funkční bloky. Uspořádání do řetězce – "pipeline", vedení signálů přes registry. Zrychlení vlivem řetězce. Synchronní a asynchronní řetězce.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Literatura:
1. Texty a doplňky v síti,
2. Kniha: Pinker, Poupa: Číslicové systémy a jazyk VHDL (již mnohde zastaralá)
13.5.2021 prof. Pinker, KEI
