Προηγμένες Εφαρμογές Ψηφιακής Σχεδίασης (307EYYK)

Γενικά

  • Κωδικός Μαθήματος: 307ΕΥΥΚ
  • Εξάμηνο: 3ο
  • Διδάσκων Ακαδ. Έτος 2020-2021: Δημήτρης Καραμπατζάκης, Επίκουρος Καθηγητής
  • Τύπος Μαθήματος: Υποβάθρου, Ανάπτυξης Δεξιοτήτων
  • Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό (ΥΠ)
  • Διδασκαλία Θεωρίας: 2 ώρες/εβδομάδα (60% της βαθμολογίας)
  • Διδασκαλία Φροντιστήριο: – ώρες/εβδομάδα
  • Διδασκαλία Εργαστηρίου: 1 ώρα/εβδομάδα (ξεχωριστό μάθημα – 40% της βαθμολογίας)
  • Πιστωτικές μονάδες ECTS: 5
  • Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
  • Το μάθημα ΔΕΝ προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι η διδασκαλία προχωρημένων γνώσεων που απαιτούνται για τη μελέτη, ανάλυση και σχεδίαση των ψηφιακών κυκλωμάτων συνδυαστικής και ακολουθιακής λογικής και η ανάπτυξη της ικανότητας ανάλυσης και σχεδίασης σύγχρονων ακολουθιακών ψηφιακών κυκλωμάτων με χρήση EDA/CAD εργαλείων και FPGAs. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

  1. Να γνωρίζουν και να μπορούν να χρησιμοποιούν τις Γλώσσες Περιγραφής Υλικού – HDL (SystemVerilog) στη διαδικασία σχεδίασης απλών λογικών κυκλωμάτων και σύνθετων ψηφιακών συστημάτων.
  2. Να γνωρίζουν τον τρόπο δημιουργίας απλών συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων με τη χρήση των γλωσσών HDL.
  3. Να γνωρίζουν τον τρόπο με τον οποίο είναι δομημένες αρχιτεκτονικά οι προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές ROM, PAL, PLA, CPLD και FPGA.
  4. Να γνωρίζουν τον τρόπο δημιουργίας κωδικοποιητών, αποκωδικοποιητών, πολυπλεκτών, αποπλεκτών, ψηφιακών συγκριτών και αριθμητικών κυκλωμάτων να υλοποιούν με τη χρήση τους και τη χρήση των γλωσσών HDL συνδυαστικά ψηφιακά συστήματα.
  5. Να γνωρίζουν τον τρόπο δημιουργίας Flip-Flop, μετρητών, καταχωρητών και να υλοποιούν με τη χρήση τους και τη χρήση των γλωσσών HDL ακολουθιακά ψηφιακά συστήματα.
  6. Να γνωρίζουν την γλώσσα RTL και τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιείται στη σχεδίαση των επεξεργαστών τη χρήση τους και τη χρήση των γλωσσών HDL.
  7. Να γνωρίζουν τον τρόπο δημιουργίας μικροεπεξεργαστών και μνημών RAM και ROM.
  8. Να γνωρίζουν τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζονται σύνθετα ψηφιακά συστήματα και επεξεργαστές.
  9. Να χρησιμοποιούν βιομηχανικά εργαλεία CAD/EDA για τη σχεδίαση, προσομοίωση και υλοποίηση σύνθετων ψηφιακών συστημάτων σε FPGAs.

Γενικές Ικανότητες

  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Λήψη αποφάσεων
  • Eργασία σε ομάδες
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

  1. Σχεδίαση Συστημάτων Βασισμένων σε Διάδρομο Μεταφοράς Πληροφορίας (Μνήμη – Μικροεπεξεργαστές – Συστήματα Επικοινωνίας).
  2. Προγραμματιζόμενες Λογικές Συσκευές (ROM, PAL, PLA, CPLD, FPGA).
  3. Εισαγωγή στις γλώσσες HDL (VHDL ή SystemVerilog).
  4. Περιγραφή και υλοποίηση ψηφιακών κυκλωμάτων με τις γλώσσες HDL.
  5. Παραδείγματα προηγμένων εφαρμογών ψηφιακής σχεδίασης.
  6. Χρήση βιομηχανικών εργαλείων CAD/EDA για τη σχεδίαση, προσομοίωση και υλοποίηση σύνθετων ψηφιακών συστημάτων σε FPGAs.
  7. Εμβάθυνση στις γλώσσες HDL για σύνθεση και έλεγχο ψηφιακών κυκλωμάτων.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι – Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

  • Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
  • Παράδοση Σετ Εργασιών με χρήση του courses.cs.ihu.gr
  • Διαλέξεις εξ αποστάσεως λόγω covid-19 με χρήση του Google Meet.

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

  • Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών (Power point presentations).
  • Ιστοσελίδα του μαθήματος με υποστηρικτικό και βοηθητικό υλικό.
  • Λογισμικό προγραμματισμού και υλοποίησης ψηφιακών κυκλωμάτων.
  • Χρήση υπηρεσίας courses.cs.ihu.gr
  • Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.
  • Υλικό μαθήματος Moodle https://moodle.cs.ihu.gr/
  • Χρήση λογισμικού INTEL Quartus Prime από το INTEL FPGA University Program.
  • O σύνδεσμος διδασκαλίας εξ αποστάσεως είναι διαθέσιμος στο moodle του μαθήματος.

Οργάνωση Διδασκαλίας

ΔραστηριότηταΦόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις52 ώρες
Εργαστηριακές Ασκήσεις26 ώρες
Γραπτές Εξετάσεις2 ώρες
Γραπτές Εργασίες 20 ώρες
Αυτοτελής Μελέτη25 ώρες
Σύνολο125 ώρες (5 ECTS)

Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (60%) που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση.

ΙΙ. Παράδοση Δύο (2) Σετ Ασκήσεων (40%) στα πλαίσια των εργαστηρικών ασκήσεων (είναι ξεχωριστό μάθημα) κατά τη διάρκεια του εξαμήνου και επιτρέπεται η εργασία σε ομάδες των δύο (2) ατόμων. Η παρακολούθηση είναι υποχρεωτική στο εργαστήριο και ο φοιτητής που το έχει παρακολουθήσει επιτυχώς (χωρίς να κοπεί από απουσίες) έχει δικαίωμα να βαθμολογηθεί στις ασκήσεις.

Η εξέταση του μαθήματος γίνεται με ανοικτό το κύριο σύγγραμμα του μαθήματος.

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος ΒΜ = ΓΕ*0,6 + ΣΑ*0,4 πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).

Η τελική εξέταση φοιτητών με δυσλεξία ή σημαντικό πρόβλημα υγείας γίνεται μετά από συνεννόηση.
Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος «Εύδοξος»

  1. Ψηφιακή Σχεδίαση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Έκδοση ARM®, Sarah L. Harris, David Money Harris, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2020, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 86055864 (Κύριο Σύγγραμμα)
  2. Β. Mano Morris, Ciletti Michael, “Ψηφιακή Σχεδίαση”, Α. ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ & ΣΙΑ Ι.Κ.Ε., 6η Έκδοση, 2018, ISBN: 978-960-491-113-4, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68406394.

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

  1. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems
  2. IET Computers & Digital Techniques
iEES Lab 2019