Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Digitális technika

    A tantárgy angol neve: Digital Design

    Adatlap utolsó módosítása: 2022. november 5.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Alapképzés (BSc), mérnökinformatikus szak
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIMIAA03 1 2/1/1/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Kovácsházy Tamás,
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/VIMIAA03
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Benesóczky Zoltán, mestertanár, MIT

    Szántó Péter, mesteroktató, MIT

    Raikovich Tamás, tanársegéd, MIT

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM (TárgyTeljesítve_Képzésen("BMEVIMIAA02") )

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A Digitális technika egy fontos alapozó tárgy a mérnökinformatikus szak tantervében. Legfontosabb célkitűzése azon digitális technikai ismeretek átadása, amelyek elsajátításával megérthető egy egyszerű processzor felépítése, működése és a programozásának alapjai.  Ennek folyamán a hallgató megismerkedik a mérnöki feladatmegoldás lépéseivel, alapvető gyakorlati ismeretekre és önálló problémamegoldási készségekre tesz szert. A tárgy bemutatja a számítástechnikai rendszerek alapelemeinek működését, a digitális absztrakció tulajdonságait, az egyszerűbb feladatok közvetlen hardveres, ill. alacsony szintű szoftveres (assembly) megoldását. A bináris aritmetika, a műveletvégzők, funkcionális egységek, vezérlők, állapotgépek tervezésének bemutatásán keresztül jut el az általános célú CPU architektúra ismertetéséig, az elemi mikrokontroller használat (periféria illesztés és programozás) alkalmazásáig. A tárgyhoz kapcsolódó gyakorlatok és laboratóriumi foglalkozások során a hangsúly a korszerű számítógépes tervezői módszerek megismerésén és a közvetlen, alapfokú tervezési/fejlesztési lépések elsajátításán van.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    EA 

    Bevezetés a digitális technikába. 
    Boole algebra. 
    Logikai kapuk és kapcsolási rajz szimbólumaik, logikai függvények és leírásaik.  

    GY 

    Logikai kapuk. Logikai függvények. 

    Egyszerű logikai függvények megadása kapcsolási rajzzal. 

    EA 

    Számrendszerek, számábrázolás. Kettes komplemens számábrázolás. Aritmetikai műveletek. 
    Hardver tervezés folyamata CAD rendszerrel, hardver leíró nyelvek: Verilog, Verilog modul. Egyszerű értékadás. 

    GY 

    Számábrázolás, bináris összeadás. 

    Egyszerű logikai függvények megadása Verilog nyelven. Verilog leírás - kapcsolási rajz kapcsolata.  Szimuláció, megvalósítás. 

    EA 

    Kombinációs funkcionális egységek: dekóder, enkóder, multiplexer, demultiplexer, komparátor, összeadó. 
    Verilog: always blokk, regiszter típusú változó. Funkcionális elemek viselkedési leírása. 

    GY 

    Multiplexer, dekóder 

    7 szegmenses dekóder.  

    EA 

    Szinkron sorrendi hálózatok: tároló elemek. Órajel, időzítési követelmények. 
    Állapotgépek (FSM): (szöveges) specifikáció -> állapotgráf -> realizáció. 
    Verilog: élérzékeny always blokk, FSM leírása. 

    GY 

    Állapotgráf készítése specifikáció alapján. 

    FSM realizációja. 

    EA 

    Sorrendi funkcionális egységek: multifunkciós regiszter, shiftregiszter, számláló. 

    GY 

    Shiftregiszter, bináris számláló. 

    Shiftregiszter, bináris számláló. 

    EA 

    Sorrendi funkcionális egységek: regiszter tömb, RAM, ROM, FIFO, LIFO 

    GY 

    Funkcionális elem alapú tervezés (7 szegmenses kijelző vezérlő). 

    Funkcionális elem alapú tervezés (7 szegmenses kijelző vezérlő). 

    EA 

    Komplex feladat HLSM leírása. Vezérlő és adatstruktúra szétválasztás, építkezés funkcionális elemekből. 

    GY 

    Adatstruktúra és vezérlés példa. 

    Adatstruktúra és vezérlés példa. 

    EA 

    Processzor felépítése: az általános célú adatstruktúra és vezérlő.  3 regiszter címes és 2 regiszter címes processzor adatstruktúra. 
    A MiniRISC processzor felépítése, utasítás feldolgozás lépései. 

    GY 

    Assembly programozás. 

    Egyszerű assembly program. 

    EA 

    Utasításkészlet felépítése.  Címzési módok. Program leírása folyamatábrával. Assembly programozás. 
    Ciklusok. Szubrutinok. 

    GY 

    Ciklusok, szubrutinok. C - assembly kapcsolat. 

    Ciklusok, szubrutinok megvalósítása. 

    10 

    EA 

    Perifériák funkciója. Perifériák programozói interfésze (üzemmód, parancs, státus, adat regiszterek). Mikroprocesszoros busz, periféria illesztés. 

    GY 

    Periféria illesztés. 

    Regiszter illesztése a buszra. 

    11 

    EA 

    Tipikus perifériák: GPIO, időzítő. 
    Periféria kezelési módszerek. Megszakítás fogalma. 

    GY 

    Indirekt címzés és periféria használat: GPIO és 7 szegmenses kijelző. 

    Indirekt címzés és periféria használat: GPIO és 7 szegmenses kijelző. 

    12 

    EA 

    Megszakítás rendszerek, megszakítás kezelése. 

    GY 

    SW és HW időzítés. 

    Időzítő periféria használata. (Programozott státusz lekérdezéssel és megszakítással) 

    13 

    EA 

    Egyszerű adatátviteli interfészek: UART, SPI. 

    GY 

    Perifériakezelés: UART. 

    Perifériakezelés: UART. 

    14 

    EA 

    Tartalék 

    GY 

    Tartalék 

    Tartalék 

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Heti 2 előadás, egymás utáni időpontban tartott gyakorlat és labor (1. óra gyakorlat, 2. óra labor).

    10. Követelmények Szorgalmi időszakban

    2 nagyzárthelyi.
    Az aláírás feltétele mindkét ZH legalább elégséges (>40%) szintű teljesítése.

    A tárgy gyakorlatainak és laboratóriumi foglalkozásainak látogatása kötelező. A jelenlét ellenőrzése egyedileg történik. Aláírást nem kaphat az a hallgató, aki több, mint 3 gyakorlatról, vagy több, mint 3 laboratóriumról hiányzott. Az órarendi szünetek miatt elmaradó gyakorlatok, laboratóriumi foglakozások nem számítanak hiányzásnak.

    Vizsgaidőszakban

    Vizsga.
    Az elégséges osztályzathoz a vizsgadolgozat minimum 40%-os teljesítése szükséges.
    Az osztályzat megállapítása 75%-ban az írásbeli vizsga és 25%-ban a félévközi ZH-k eredménye alapján történik.


     

    11. Pótlási lehetőségek

    Az 1. ZH pótlására a félév során egy pótzárthelyi alkalmat biztosítunk. 

    A 2. ZH pótlására a pótlási időszakban egy pótzárthelyi alkalmat biztosítunk. 

    A kari előírásoknak megfelelően pót-pót zárthelyi megírására is biztosítunk lehetőséget. 

    A gyakorlat és laboratórium jelenlét nem pótolható, a 14 alkalomból legalább 11 alkalmon részt kell venni.

    12. Konzultációs lehetőségek

    A tárgy oktatói igény szerint biztosítanak konzultációs lehetőséget.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Frank Vahid: Digital Design, John Wiley & Sons, 2007, (ISBN 978-0-470-04437-7) 

    Milos Ercegovac, Tomás Lang, Jaime H. Moreno: Introduction to Digital Systems, John Wiley & Sons, 1999, (ISBN 0-471-57299-8) 

    Richard S. Sandige: Digital Design Essentials, Prentice Hall, 2002, (ISBN 0-201-47689-4) 

    David Money Harris, Sarah L. Harris: Digital Design and Computer Architectures, Elsevier, 2013, (ISBN 978-0-12-394424-5) 

    Linda Null, Julia Lobur: Computer Organization and Architecture, Jones &Bartlett Learning, 2014, ISBN-13: 9781284045611 

    Az előadás vázlatok a tárgy honlapján (TBD) érhetők el.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra24
    Felkészülés zárthelyire30
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Dr. Fehér Béla, docens, MIT 

    Dr. Benesóczky Zoltán, mestertanár, MIT 

    Szántó Péter, mesteroktató, MIT 

    Raikovich Tamás, tanársegéd, MIT

    IMSc tematika és módszer

    A tárgyban IMSc pontok IMSCs zárthelyi és vizsgafeladatokkal szerezhetők meg.

    IMSc pontozás

    A tárgy teljesítése során a tárgy kreditszámának megfelelő 25 IMSc pont szerezhető: 

    • 1. ZH IMSc feladatok: 7 pont 

    • 2. ZH IMSc feladatok: 7 pont 

    • Vizsga IMSc feladatok: 11 pont