Podstawy techniki cyfrowej

Podobne dokumenty
Elektronika cyfrowa i mikroprocesory. Dr inż. Aleksander Cianciara

KARTA PRZEDMIOTU. Podstawy elektroniki cyfrowej B6. Fundamentals of digital electronic

IZ1UAL1 Układy arytmetyczno-logiczne Arithmetic logic systems. Informatyka I stopień ogólnoakademicki niestacjonarne

1. Wstęp do logiki. Matematyka jest nauką dedukcyjną. Nowe pojęcia definiujemy za pomocą pojęć pierwotnych lub pojęć uprzednio wprowadzonych.

ID1UAL1 Układy arytmetyczno-logiczne Arithmetic logic systems. Informatyka I stopień ogólnoakademicki stacjonarne

dr inż. Rafał Klaus Zajęcia finansowane z projektu "Rozwój i doskonalenie kształcenia i ich zastosowań w przemyśle" POKL

Część 2. Funkcje logiczne układy kombinacyjne

0.1. Logika podstawowe pojęcia: zdania i funktory, reguły wnioskowania, zmienne zdaniowe, rachunek zdań.

Architektura komputerów Wykład 2

Technika cyfrowa i mikroprocesorowa. Zaliczenie na ocenę. Zaliczenie na ocenę

Elementy logiki matematycznej

Dr inż. Jan Chudzikiewicz Pokój 117/65 Tel Materiały:

Automatyka Treść wykładów: Literatura. Wstęp. Sygnał analogowy a cyfrowy. Bieżące wiadomości:

Wykład 1. Informatyka Stosowana. 3 października Informatyka Stosowana Wykład 1 3 października / 26

Automatyka Lab 1 Teoria mnogości i algebra logiki. Akademia Morska w Szczecinie - Wydział Inżynieryjno-Ekonomiczny Transportu

Rok akademicki: 2030/2031 Kod: EEL s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Podstawy Automatyki. Wykład 13 - Układy bramkowe. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

T. Łuba, B. Zbierzchowski Układy logiczne Podręcznik WSISiZ, Warszawa 2002.

LOGIKA I TEORIA ZBIORÓW

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Algebra Boole a

Układy logiczne. Wstęp doinformatyki. Funkcje boolowskie (1854) Funkcje boolowskie. Operacje logiczne. Funkcja boolowska (przykład)

Podstawy techniki cyfrowej i mikroprocesorowej - opis przedmiotu

Technika cyfrowa Synteza układów kombinacyjnych

Logika binarna. Prawo łączności mówimy, że operator binarny * na zbiorze S jest łączny gdy (x * y) * z = x * (y * z) dla każdego x, y, z S.

Zadania do wykładu 1, Zapisz liczby binarne w kodzie dziesiętnym: ( ) 2 =( ) 10, ( ) 2 =( ) 10, (101001, 10110) 2 =( ) 10

Wykład 1. Informatyka Stosowana. 2 października Informatyka Stosowana Wykład 1 2 października / 33

Technika cyfrowa Synteza układów kombinacyjnych (I)

Matematyka ETId Elementy logiki

Lista tematów na kolokwium z wykładu z Techniki Cyfrowej w roku ak. 2013/2014

Elementy logiki. Algebra Boole a. Analiza i synteza układów logicznych

Bramki logiczne Podstawowe składniki wszystkich układów logicznych

Podstawy Automatyki. Wykład 13 - Układy bramkowe. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

SWB - Wprowadzenie, funkcje boolowskie i bramki logiczne - wykład 1 asz 1. Plan wykładu

Podstawy Automatyki. Wykład 9 - Podstawy matematyczne automatyki procesów dyskretnych. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

W pewnym mieście jeden z jej mieszkańców goli wszystkich tych i tylko tych jej mieszkańców, którzy nie golą się

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA realizacja w roku akademickim 2016/2017

Tranzystor JFET i MOSFET zas. działania

Język opisu sprzętu VHDL

Ziemia obraca się wokół Księżyca, bo posiadając odpowiednią wiedzę można stwierdzić, czy są prawdziwe, czy fałszywe. Zdaniami nie są wypowiedzi:

Np. Olsztyn leży nad Łyną - zdanie prawdziwe, wartość logiczna 1 4 jest większe od 5 - zdanie fałszywe, wartość logiczna 0

MATEMATYKA DYSKRETNA, PODSTAWY LOGIKI I TEORII MNOGOŚCI

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Układy kombinacyjne Y X 4 X 5. Rys. 1 Kombinacyjna funkcja logiczna.

Wstęp do Techniki Cyfrowej i Mikroelektroniki

Wykład 2. Informatyka Stosowana. 8 października 2018, M. A-B. Informatyka Stosowana Wykład 2 8 października 2018, M. A-B 1 / 41

INFORMATOR LABORATORYJNY. TECHNIKA CYFROWA (studia niestacjonarne)

Automatyzacja Ćwicz. 2 Teoria mnogości i algebra logiki Akademia Morska w Szczecinie - Wydział Inżynieryjno-Ekonomiczny Transportu

Przykłady zdań w matematyce. Jeśli a 2 + b 2 = c 2, to trójkąt o bokach długości a, b, c jest prostokątny (a, b, c oznaczają dane liczby dodatnie),

Sylabus. WYDZIAŁ FIZYKI Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

Technika Cyfrowa 2 wykład 1: programowalne struktury logiczne - wprowadzenie

Systemy Wbudowane i Techniki Cyfrowe

Laboratorium podstaw elektroniki

AiR_UCiM_3/5 Układy Cyfrowe i Mikroprocesorowe Digital Circuits and Microprocessors

Jest to zasadniczo powtórka ze szkoły średniej, być może z niektórymi rzeczami nowymi.

INSTYTUT INFORMATYKI POLITECHNIKI BIAŁOSTOCKIEJ

I. Podstawowe pojęcia i oznaczenia logiczne i mnogościowe. Elementy teorii liczb rzeczywistych.

KARTA PRZEDMIOTU. Nr Opis efektu kształcenia Metoda sprawdzenia efektu kształcenia. Forma prowadzenia zajęć

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Elementy logiki. Wojciech Buszkowski Wydział Matematyki i Informatyki UAM Zakład Teorii Obliczeń

Architektura komputerów

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Rys. 2. Symbole dodatkowych bramek logicznych i ich tablice stanów.

Elementy logiki i teorii mnogości

Wykład 1. Informatyka Stosowana. 1 października Informatyka Stosowana Wykład 1 1 października / 26

Wykład nr 1 Techniki Mikroprocesorowe. dr inż. Artur Cichowski

ROZDZIAŁ 1. Rachunek funkcyjny

0. ELEMENTY LOGIKI. ALGEBRA BOOLE A

Elementy logiki i teorii mnogości Wyk lad 1: Rachunek zdań

Cyfrowe układy scalone c.d. funkcje

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: EEL s Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Arytmetyka liczb binarnych

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA (skrajne daty)

TEORIA AUTOMATÓW. Proj - - Ćw 1 - Lab - 2

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY ZE ŚRODKÓW UNII EUROPEJSKIEJ W RAMACH EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU SPOŁECZNEGO OPIS PRZEDMIOTU. Sieci i sterowniki przemysłowe

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU

ćwiczenie 202 Temat: Układy kombinacyjne 1. Cel ćwiczenia

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Układy kombinacyjne

Laboratorium podstaw elektroniki

Technika Cyfrowa. dr inż. Marek Izdebski Kontakt: Instytut Fizyki PŁ, ul. Wólczańska 219, pok. 111, tel ,

Wykład ze Wstępu do Logiki i Teorii Mnogości

Opis modułu kształcenia Projektowanie systemów pomiarowo-kontrolnych

Synteza układów kombinacyjnych

Laboratorium z podstaw automatyki

Układy Logiczne i Cyfrowe

Automatyzacja i robotyzacja procesów produkcyjnych

Uniwersytet w Białymstoku Wydział Ekonomiczno-Informatyczny w Wilnie SYLLABUS na rok akademicki 2010/2011

Matematyka dyskretna Literatura Podstawowa: 1. K.A. Ross, C.R.B. Wright: Matematyka Dyskretna, PWN, 1996 (2006) 2. J. Jaworski, Z. Palka, J.

Zwykle układ scalony jest zamknięty w hermetycznej obudowie metalowej, ceramicznej lub wykonanej z tworzywa sztucznego.

Z-LOG-1003 Logika Logics

Adam Meissner.

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA im. Jarosława Dąbrowskiego

WOJSKOWA AKADEMIA T E CHNI CZNA im. Jarosława Dą brow ski ego ZAKŁAD AWIONIKI I UZBROJENIA LOTNICZEGO

Rachunek zdao i logika matematyczna

Roger Bacon Def. Def. Def Funktory zdaniotwórcze

Układy cyfrowe. Najczęściej układy cyfrowe służą do przetwarzania sygnałów o dwóch poziomach napięć:

Podstawy Automatyki. Wykład 12 - synteza i minimalizacja funkcji logicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Systemy Wbudowane i Techniki Cyfrowe

Transkrypt:

Podstawy techniki cyfrowej Wykład 1: Wstęp Dr hab. inż. Marek Mika Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Amosa Komeńskiego W Lesznie

Plan Informacje o przedmiocie Wprowadzenie Podstawy matematyczne: rachunek zdań rachunek zbiorów kwantyfikatory relacje i funkcje algebra Boole a

Informacje o przedmiocie Wymiar: wykład: 30 godzin laboratorium: 30 godzin Liczba punktów ECTS: 5 Forma zaliczenia: wykład: egzamin laboratorium: wykonanie ćwiczeń i sprawozdań bieżące sprawdzanie wiedzy w formie krótkich sprawdzianów

Prowadzący Wykład: dr hab. inż. Marek Mika e-mail: Marek.Mika@cs.put.poznan.pl tel. 61 665 3024 (poniedziałki 13:15-14:15) Laboratorium: mgr. inż. Grzegorz Pilzak

Cel nauczania przedmiotu Zapoznanie studentów z podstawami techniki cyfrowej w zakresie: syntezy logicznej zasad projektowania strukturalnego komputerowych narzędzi projektowania układów logicznych i cyfrowych

Wymagana wiedza Podstawowa wiedza z matematyki z zakresu teorii mnogości i logiki Podstawowa wiedza z fizyki z zakresu elektryczności Zasady działania podstawowych układów elektronicznych

Zakres Podstawy matematyczne algebra Bool e, teoria mnogości, rachunek zdań, Cyfrowy zapis informacji metody kodowania, działania arytmetyczne i logiczne Synteza układów kombinacyjnych zapis, postać kanoniczna i zasady minimalizacji funkcji, metody Karnaugha i Quine a-mccluskeya Podstawowe elementy systemów cyfrowych przekaźniki, bramki, pamięci, przetworniki Budowa układów kombinacyjnych z bramek AND, OR i NOT Budowa układów kombinacyjnych z bramek NAND lub NOR Zjawiska hazardu i gonitwy

Zakres c.d. Układy sekwencyjne: rodzaje i sposoby opisu, zatrzaski i przerzutniki, grafy i tablice przejść, redukcja liczby stanów, kodowanie i synteza Synteza układów sekwencyjnych, automatów i układów asynchronicznych Układy i bloki cyfrowe: bramki, ich realizacje w różnych technologiach (TTL, ECL i CMOS) oraz właściwości fizyczne przerzutniki astabilne, monostabilne i dwustabilne; kodery i dekodery multipleksery i demultipleksery komparatory, sumatory, jednostki arytmetyczno-logiczne i jednostki mnożące liczniki i rejestry pamięci przetworniki A/C i C/A

Literatura podstawowa J. Kalisz: Podstawy elektroniki cyfrowej. Wyd. 5, WKŁ, Warszawa, 2007. B. Wilkinson: Układy cyfrowe. WKŁ, Warszawa, 2003. J. Tyszer, G. Mrugalski, A. Pogiel, D. Czysz: Technika cyfrowa zbiór zadań z rozwiązaniami. BTC, Warszawa, 2010. W. Traczyk: Układy cyfrowe automatyki. WNT, Warszawa, 1976.

Literatura uzupełniająca A Hławniczka (red): Laboratorium podstaw techniki cyfrowej. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2010. P. Górecki: Układy cyfrowe pierwsze kroki. BTC, Warszawa, 2004 W. Traczyk: Układy cyfrowe podstawy teoretyczne i metody syntezy, WNT, Warszawa, 1986. A. Sowiński: Cyfrowa technika pomiarowa, WKŁ, Warszawa, 1975. T. Łuba (red.): Synteza układów cyfrowych, WKŁ, Warszawa 2003. G. De Micheli: Synteza i optymalizacja układów cyfrowych, WNT, Warszawa 1998.

Materiały http://www.cs.put.poznan.pl/mmika/leszno/ptc/ http://wazniak.mimuw.edu.pl/ index.php?title=technika_cyfrowa

Rola i znaczenie TC w informatyce Nauka interdyscyplinarna: elektronika, informatyka, telekomunikacja języki opisu sprzętu programowalne moduły logiczne Tradycyjne techniki projektowania układów cyfrowych: składanie układów z dostępnych komponentów Współczesne projektowanie układów cyfrowych: specyfikacja układu w języku opisu sprzętu (HDL Hardware Description Language) transformacja tego opisu przy użyciu narzędzi CAD Układy programowalne przez użytkownika: sprzęt reprezentowany w postaci oprogramowania realizacja w programowalnym układzie scalonym (FPLD) lub bezpośrednio w krzemie

Postęp technologiczny Rozwój technologii mikroelektronicznych specjalizowane układy scalone o zasobach rzędu kilkudziesięciu milionów tranzystorów (kilkanaście milionów bramek) Kategorie specjalizowanych układów scalonych full custom zamawiane przez użytkownika semi custom projektowane przez użytkownika FPLD programowane przez użytkownika

Układy programowalne Pojemność rzędu milionów bramek logicznych Producent dostarcza pewnego rodzaju półprodukt, który projektant może zaprogramować u siebie Układy mają możliwość przeprogramowania i rekonfiguracji Zalety: krótki czas opracowania prototypu możliwość nanoszenia poprawek możliwość opracowania produktu jednostkowego lub małoseryjnego

Projektowanie wspomagane komputerowo Specyfikacja projektu: edytor tekstowy edytor graficzny biblioteki CAE Kompilacja Weryfikacja i programowanie analizator opóźnień symulator programator

Systemy CAD Specyfikacja HDL Synteza funkcjonalna Synteza logiczna Odwzorowanie technologiczne Programowanie

Synteza logiczna Lata 50-te układy konstruowane z pojedynczych tranzystorów Lata 70-te układy scalone zawierające po kilka bramek 1984 synteza dwupoziomowa Synteza wielopoziomowa Współczesne: synteza matryc PLA minimalizacja symboliczna dekompozycja funkcjonalna

PODSTAWY MATEMATYCZNE

Rachunek zdań Część logiki matematycznej zajmująca się zdaniami, którym można przypisać wartości prawda lub fałsz

Wyrażenia rachunku zdań Budowane z symboli następujących kategorii: zmienne zdaniowe spójniki zdaniowe nawiasy

Wartości logiczne zdań Dla zdania prawdziwego T lub 1 Dla zdania fałszywego F lub 0 Uwaga! Nie należy mylić liter alfabetu algebry z wartościami liczbowymi

Funktory zdaniowe Unarne negacja nieprawda, że Binarne koniunkcja (iloczyn logiczny) i alternatywa (suma logiczna) lub implikacja jeżeli, to równoważność wtedy i tylko wtedy, gdy

Symbole funktorów zdaniowych - negacja - koniunkcja - alternatywa - implikacja - równoważność Funktory specjalne: - kreska Sheffera - p q (p q) - strzałka Peirce a - p q (p q)

Tablica wartości dla negacji p p 0 1 1 0

Tablica wartości dla koniunkcji p q p q 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Tablica wartości dla alternatywy p q p q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Tablica wartości dla implikacji p q p q 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1

Tablica wartości dla równoważności p q p q 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Tautologie Tautologia taki schemat zdania złożonego, które zawsze jest prawdziwe, niezależnie od wartości zdań składowych p q p q (p q) p q q p reguła odrywania jeśli prawdziwa implikacja ma prawdziwy poprzednik, to prawdziwy musi być też jej następnik p q p q - prawo transpozycji p q q r p r - prawo przechodniości implikacji p q p oraz p q p prawa Claviusa

Elementy teorii mnogości Zbiór np. A = a, b, c Element zbioru np. b A Zbiór pusty Podzbiór, symbol inkluzji, zawieranie się zbiorów np. A B Podzbiór właściwy np. A B Suma i iloczyn zbiorów Dopełnienie zbioru

Aksjomaty rachunku zbiorów Aksjomat równości zbiorów: jeśli zbiory A i B mają te same elementy, to zbiory A i B są sobie równe Aksjomat sumy: dla dowolnych zbiorów A i B istnieje zbiór, którego elementami są wszystkie elementy zbioru A i wszystkie elementy zbioru B i który nie zawiera żadnego innego elementu Aksjomat różnicy: dla dowolnych zbiorów A i B istnieje zbiór, którego elementami są te elementy zbioru A,które nie są elementami zbioru B i który nie zawiera żadnego innego elementu Aksjomat istnienia: istnieje co najmniej jeden zbiór

Prawa rachunku zbiorów idempotentność A A = A, A A = A przemienność A B = B A, A B = B A łączność A B C = A B C A B C = (B A) C rozdzielność A B C = A B A C A B C = A B A C - pochłanianie A A B = A A A B = A

Prawa rachunku zbiorów cd. własności stałych A = A A U = A A U = U A = własności dopełnienia A A = U, A A = podwójne dopełnienie A =A A B = A B A B = A B prawa De Morgana A B = A B A B = A B

Inne pojęcia teoriomnogościowe Różnica symetryczna Zbiór potęgowy Rodzina zbiorów Równoliczność zbiorów Moc zbioru

Kwantyfikatory Ogólny i szczegółowy Zmienna związana Ograniczenie zakresu kwantyfikatora Zasięg kwantyfikatora Prawo przestawiania kwantyfikatorów

Algebra Uporządkowana n-tka A, f 1, f 2, f n 1 A niepusty zbiór, tzw. alfabet algebry f i :A m A - m-argumentowe operacje algebry dla m = 2 operacje binarne dla m = 1 operacje unarne dla m = 0 stałe Zbiór A jest zbiorem zamkniętym ze względu na operacje f i ponieważ dla dowolnego zbioru argumentów i dowolnej funkcji f i wynik tych operacji zawsze mieści się w zbiorze A

Zerojedynkowa algebra Boole a B, +,,, 0,1 B = 0,1, w którym określone są operacje: binarne: + oraz unarne: zeroargumentowe: stałe 0 i 1

Prawa algebry Boole a idempotentność x + x = x x x = x przemienność x + y = y + x x y = y x łączność x + y + z = x + y + z x y z = (x y) z

Prawa algebry Boole a cd. rozdzielność x + (y z) = (x + y) (x + z) x y + z = x y + x z pochłanianie x + x y x x + y własności stałych x + 0 = x x 1 = 1 x + 1 = 1 x 0 = 0 = x = x

Prawa algebry Boole a cd. własności negacji x + x = 1 x x = 0 podwójna negacja x = x prawa De Morgana x + y = x y x y = x + y

Zasada dualności Odnosi się do wszystkich praw algebry Boole a za wyjątkiem podwójnej negacji Według tej zasady w obrębie danego prawa każdy związek można otrzymać z drugiego przez zamianę operatorów + na i odwrotnie oraz stałych 0 na 1 i odwrotnie

Aksjomaty Huntingtona przemienność rozdzielność własności stałych własności negacji x + y = y + x x y = y x x + (y z) = (x + y) (x + z) x y + z = x y + x z x + 0 = x x 1 = x x + x = 1 x x = 0 wszystkie działania w zbiorze A są zamknięte istnieją co najmniej dwa elementy x, y A, takie że x y

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ