BME VIK - Digitális technika

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

1	EA	Bevezetés a digitális technikába. Boole algebra. Logikai kapuk és kapcsolási rajz szimbólumaik, logikai függvények és leírásaik.
	GY	Logikai kapuk. Logikai függvények.
	L	Egyszerű logikai függvények megadása kapcsolási rajzzal.
2	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.
	L	Egyszerű logikai függvények megadása Verilog nyelven. Verilog leírás - kapcsolási rajz kapcsolata. Szimuláció, megvalósítás.
3	EA	Kombinációs funkcionális egységek: dekóder, enkóder, multiplexer, demultiplexer, komparátor, összeadó. Verilog: always blokk, regiszter típusú változó. Funkcionális elemek viselkedési leírása.
	GY	Multiplexer, dekóder
	L	7 szegmenses dekóder.
4	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.
	L	FSM realizációja.
5	EA	Sorrendi funkcionális egységek: multifunkciós regiszter, shiftregiszter, számláló.
	GY	Shiftregiszter, bináris számláló.
	L	Shiftregiszter, bináris számláló.
6	EA	Sorrendi funkcionális egységek: regiszter tömb, RAM, ROM, FIFO, LIFO
	GY	Funkcionális elem alapú tervezés (7 szegmenses kijelző vezérlő).
	L	Funkcionális elem alapú tervezés (7 szegmenses kijelző vezérlő).
7	EA	Komplex feladat HLSM leírása. Vezérlő és adatstruktúra szétválasztás, építkezés funkcionális elemekből.
	GY	Adatstruktúra és vezérlés példa.
	L	Adatstruktúra és vezérlés példa.
8	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.
	L	Egyszerű assembly program.
9	EA	Utasításkészlet felépítése. Címzési módok. Program leírása folyamatábrával. Assembly programozás. Ciklusok. Szubrutinok.
	GY	Ciklusok, szubrutinok. C - assembly kapcsolat.
	L	Ciklusok, szubrutinok megvalósítása.
10	EA	Perifériák funkciója. Perifériák programozói interfésze (üzemmód, parancs, státus, adat regiszterek). Mikroprocesszoros busz, periféria illesztés.
	GY	Periféria illesztés.
	L	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.
	L	Indirekt címzés és periféria használat: GPIO és 7 szegmenses kijelző.
12	EA	Megszakítás rendszerek, megszakítás kezelése.
	GY	SW és HW időzítés.
	L	Időzítő periféria használata. (Programozott státusz lekérdezéssel és megszakítással)
13	EA	Egyszerű adatátviteli interfészek: UART, SPI.
	GY	Perifériakezelés: UART.
	L	Perifériakezelés: UART.
14	EA	Tartalék
	GY	Tartalék
	L	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 óra	56
Félévközi készülés órákra	24
Felkészülés zárthelyire	30
Házi feladat elkészítése	0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	0
Vizsgafelkészülés	40
Összesen	150

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