Ψηφιακή Σχεδίαση (106ΕΥΥΚ)

Γενικά

  • Κωδικός Μαθήματος: 106ΕΥΥΚ
  • Εξάμηνο: 1ο
  • Διδάσκων Ακαδ. Έτος 2020-2021: Δημήτρης Καραμπατζάκης, Επίκουρος Καθηγητής
  • Τύπος Μαθήματος: Υποβάθρου, Ανάπτυξης Δεξιοτήτων
  • Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό (ΥΠ)
  • Διδασκαλία Θεωρίας: 3 ώρες/εβδομάδα
  • Διδασκαλία Φροντιστήριο: 1 ώρες/εβδομάδα
  • Διδασκαλία Εργαστηρίου: – ώρες/εβδομάδα
  • Πιστωτικές μονάδες ECTS: 7
  • Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
  • Το μάθημα ΔΕΝ προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι η διδασκαλία των βασικών 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 την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

  1. Να αναγνωρίζουν, εκτός από το δεκαδικό, τα άλλα συστήματα αρίθμησης όπως, το δυαδικό, το οκταδικό, το δεκαεξαδικό και να παριστάνουν έναν οποιονδήποτε δεκαδικό αριθμό σ’ ένα από τα παραπάνω συστήματα.
  2. Να μπορούν να μετατρέπουν έναν αριθμό από το ένα σύστημα στο άλλο.
  3. Να παριστάνουν τους προσημασμένους αριθμούς στο δυαδικό σύστημα.
  4. Να παίρνουν τα συμπληρώματα «ως προς 1» και «ως προς 2» ενός δυαδικού αριθμού.
  5. Να κάνουν αριθμητικές πράξεις στο δυαδικό σύστημα.
  6. Να ξεχωρίζουν έναν δυαδικό από ένα BCD αριθμό.
  7. Να γνωρίσουν τους δυαδικούς κώδικες.
  8. Να γνωρίσουν τις λογικές πράξεις και τις λογικές πύλες OR, AND, EXOR, NOT, NOR, NAND, EXNOR.
  9. Να γνωρίζουν τη θετική και την αρνητική λογική, παράστασης λογικών κυκλωμάτων.
  10. Να αναλύουν και να συνθέτουν συνδυαστικά λογικά κυκλώματα.
  11. Να ελαχιστοποιούν λογικές συναρτήσεις με τους πίνακες αληθείας, τους κανόνες της άλγεβρας Boole, τους πίνακες Karnaugh και τη μέθοδο Quine-McCluskey.
  12. Να γνωρίζουν τις τεχνολογίες κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων TTL, ECL, NMOS, PMOS, CMOS και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους.
  13. Να σχεδιάζουν συνδυαστικά λογικά κυκλώματα.
  14. Να γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά και να μάθουν να σχεδιάζουν κυκλώματα κωδικοποιητών, αποκωδικοποιητών, πολυπλεκτών, αποπλεκτών, ψηφιακών συγκριτών και να υλοποιούν με τη χρήση τους συνδυαστικά λογικά κυκλώματα.
  15. Να γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά και να μάθουν να σχεδιάζουν κυκλώματα, που θα κάνουν αριθμητικές και λογικές πράξεις.
  16. Να γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά και να μάθουν να σχεδιάζουν flip flop και άλλα κυκλώματα παλμών.
  17. Να αναλύουν και να σχεδιάζουν ακολουθιακά λογικά κυκλώματα.
  18. Να γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά και να μάθουν να σχεδιάζουν κυκλώματα μετρητών και καταχωρητών καθώς και τη χρήση τους στη σχεδίαση ακολουθιακών λογικών κυκλωμάτων και συστημάτων.
  19. Να γνωρίσουν τα χαρακτηριστικά και τη δομή των μνημών RAM και ROM καθώς και τον τρόπο με τον οποίο μπορούν να συνδεθούν ολοκληρωμένα μνήμης προκειμένου να δημιουργηθούν σπόνδυλοι μνήμης μεγαλύτερης χωρητικότητας ή μεγαλύτερου μήκους λέξης μνήμης.

Γενικές Ικανότητες

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

Περιεχόμενο Μαθήματος

  1. Συστήματα αριθμών-Δυαδικοί κώδικες.
  2. Λογικές πύλες – Άλγεβρα Βoole.
  3. Ελαχιστοποίηση Λογικών Συναρτήσεων.
  4. Ψηφιακή Τεχνολογία.
  5. Προσομοίωση Ψηφιακών Κυκλωμάτων και Συστημάτων.
  6. Ανάλυση και Σύνθεση Συνδυαστικών Λογικών Κυκλωμάτων.
  7. Σχεδίαση Συνδυαστικών Λογικών Κυκλωμάτων.
  8. Σχεδίαση και Εφαρμογές Κωδικοποιητών, Αποκωδικοποιητών, Πολυπλεκτών, Αποπλεκτών, Ψηφιακών Συγκριτών και Αριθμητικών Κυκλωμάτων.
  9. Flip – Flop και άλλα συναφή κυκλώματα παλμών.
  10. Ανάλυση και Σύνθεση Ακολουθιακών Λογικών Κυκλωμάτων.
  11. Σχεδίαση Σύγχρονων (Mealy-More) Ακολουθιακών Λογικών Κυκλωμάτων.
  12. Σχεδίαση και Εφαρμογές Ψηφιακών Μετρητών και Καταχωρητών. Μνήμες RAM και ROM.

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/
  • Χρηση 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
Διαλέξεις78 ώρες
Φροντιστηριακές Ασκήσεις26 ώρες
Γραπτές Εξετάσεις2 ώρες
Γραπτές Εργασίες 34 ώρες
Αυτοτελής Μελέτη35 ώρες
Σύνολο175 ώρες (7 ECTS)

Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (75%) που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση.

ΙΙ. Παράδοση πέντε (5+1) Σετ Ασκήσεων (25%) κατά τη διάρκεια του εξαμήνου.

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

Ο βαθμός του μαθήματος (ΒΜ = ΓΕ*0,75 + ΣΑ*0,25) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).

Η βαθμολογία από τα 5+1 σετ Ασκήσεων διατηρείται ΜΟΝΟ για μια ακαδημαϊκη χρονία (δηλ. μέχρι και τις επαναληπτικές εξετάσεις του Σεπτεμβρίου). Ο φοιτητής που στην εξέταση του Ιαν.-Φεβρ. θα συγκεντρώσει στην ΓΕ βαθμό μεγαλύτερο του >4 τότε εξετάζονται και οι Ασκήσεις και υπολογίζεται ο ΒΜ και καταχωρείται στην Γραμματεία. Η ίδια διαδικασία επαναλαμβάνεται και τον Σεπτέμβριο.

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 με τις Γλώσσες VHDL και Verilog, Αρχές και Πρακτικές», Δ. Πογαρίδη, Εκδόσεις ΔΙΣΙΓΜΑ, 2019, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 86192991 (Κύριο Σύγγραμα)
  2. Α. Kleitz W., “Ψηφιακά Ηλεκτρονικά”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 8η Έκδοση, 2011, ISBN: 978-960-418-338-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548949.

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

  1. 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.
  2. Γ. Leach, Malvino, “Ψηφιακά Ηλεκτρονικά”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 5η έκδ., 2006, ISBN: 960-8129-16-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548697. Α. Brown, Vranesic, “Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με τη Γλώσσα VHDL”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 3η Έκδοση, 2011, ISBN: 978-960-418-340-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548944.
  3. Β. Tokheim Roger, “Ψηφιακά Ηλεκτρονικά”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 1η Έκδοση, 2018, ISBN: 978-960-418-735-5, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68374023.
  4. Γ. Floyd Thomas L., “Ψηφιακά ηλεκτρονικά”, ΣΤΕΛΛΑ ΠΑΡΙΚΟΥ & ΣΙΑ ΟΕ, 1η έκδ., 2007, ISBN: 978-960-411-646-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 14795.

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

  1. Α. Thomas Floyd, “Digital Fundamentals”, Pearson Group, 11th Ed., 2015, ISBN: 978-1292075983.
  2. Β. John F. Wakerly, “Digital Design Principles & Practices”, Pearson, 5th Ed., 2018, 978-0134460093.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

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