Ψηφιακή Σχεδίαση

Το μάθημα αποτελεί μια βασική εισαγωγή στις αρχές της ψηφιακής σχεδίασης και των στοιχειωδών ψηφιακών κυκλωμάτων που απαρτίζουν ένα υπολογιστικό σύστημα. Στόχος του μαθήματος αποτελεί η εξοικείωση των φοιτητών με τις λογικές συναρτήσεις, την Άλγεβρα Boole που τις διέπει, την υλοποίηση λογικών συναρτήσεων με πύλες και την εισαγωγή στη συνδυαστική λογική και τα σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα (flip-flops). Τέλος, το μάθημα προσβλέπει στην εξοικείωση με ορισμένα χαρακτηριστικά και χρήσιμα ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα, π.χ. μετρητές, και μπλοκ στοιχεία ψηφιακής σχεδίασης, όπως οι κωδικοποιητές/αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες/ αποπολυπλέκτες, αθροιστές και αφαιρέτες. Ολοκληρώνοντας το μάθημα ο φοιτητής θα πρέπει να είναι σε θέση να κατανοεί τον τρόπο λειτουργίας των πιο βασικών δομικών στοιχείων σχεδίασης ενός Η/Υ, ώστε μετά να μπορεί να τα χρησιμοποιήσει για τη σχεδίαση πιο σύνθετων υπολογιστικών συστημάτων.

Στόχος του μαθήματος αποτελεί η εξοικείωση των φοιτητών με τις λογικές συναρτήσεις, την Άλγεβρα Boole που τις διέπει, την υλοποίηση λογικών συναρτήσεων με πύλες και την εισαγωγή στη συνδυαστική λογική και τα σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα (flip-flops). Τέλος, το μάθημα προσβλέπει στην εξοικείωση με ορισμένα χαρακτηριστικά και χρήσιμα ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα, π.χ. μετρητές, και μπλοκ στοιχεία ψηφιακής σχεδίασης, όπως οι κωδικοποιητές/αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες/ αποπολυπλέκτες, αθροιστές και αφαιρέτες. Ολοκληρώνοντας το μάθημα ο φοιτητής θα πρέπει να είναι σε θέση να κατανοεί τον τρόπο λειτουργίας των πιο βασικών δομικών στοιχείων σχεδίασης ενός Η/Υ, ώστε μετά να μπορεί να τα χρησιμοποιήσει για τη σχεδίαση πιο σύνθετων υπολογιστικών συστημάτων.

Συνοπτικά το περιεχόμενο του μαθήματος καλύπτει βασικές έννοιες,  μεθοδολογίες και τεχνολογίες της Ψηφιακής Σχεδίασης. Πιο συγκεκριμένα, οι περιοχές εστίασης είναι: αναπαράσταση πληροφορίας σε διαφορετικά αριθμητικά συστήματα – Άλγεβρα Boole – λογικές συναρτήσεις και λογικές πύλες – συνδυαστικά κυκλώματα – σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα – ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα – αθροιστές/αφαιρέτες, μετρητές, πολυπλέκτες/αποπολυπλέκτες, κωδικοποιητές/ αποκωδικοποιητές, μνήμες τυχαίας προσπέλασης.

Σε επίπεδο εβδομαδιαίας διδασκαλίας, το περιεχόμενο οργανώνεται ως εξής:

Εβδομάδα 1η:

Αριθμητικά Συστήματα και μετατροπές μεταξύ τους. Έμφαση σε δυαδικό, οκταδικό και δεκαεξαδικό. Αναπαράσταση πληροφορίας στα ψηφιακά συστήματα.

Εβδομάδα 2η:

Άλγεβρα Boole: αξιώματα της άλγεβρας Boole, θεωρήματα της άλγεβρας Boole, συναρτήσεις Boole, αλγεβρική απλοποίηση συναρτήσεων Boole.

Εβδομάδα 3η:

Λογικές συναρτήσεις και λογικές πύλες. Απλοποίηση λογικών συναρτήσεων με τη μέθοδο του χάρτη Karnaugh.

Εβδομάδα 4η:

Σχεδίαση συνδυαστικών κυκλωμάτων.

Εβδομάδα 5η:

Σχεδίαση βασικών μπλοκ κυκλωμάτων: αθροιστές/αφαιρέτες, κωδικοποιητές/ αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες/αποπολυπλέκτες.

Εβδομάδα 6η:

Εισαγωγή στην ακολουθιακή λογική. Μανδαλωτές. Από τους μανδαλωτές στα flip-flop. Τα βασικά flip-flops.

Εβδομάδα 7η:

Ανάλυση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Μοντέλο Mealy και Moore.

Εβδομάδα 8η:

Σχεδίαση σύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Ελαχιστοποίηση καταστάσεων. Παραδείγματα σε πραγματικά συστήματα.

Εβδομάδα 9η:

Σχεδίαση ασύγχρονων ακολουθιακών κυκλωμάτων. Μετρητές και αδιάφορες καταστάσεις. Ελαχιστοποίηση κυκλώματος.

Εβδομάδα 10η:

Βασικά ακολουθιακά κυκλώματα  που αποτελούν χρήσιμα δομικά στοιχεία για την υλοποίηση ψηφιακών συστημάτων. Καταχωρητές και μετρητές.

Εβδομάδα 11η:

Σχεδίαση μνημών τυχαίας προσπέλασης.

Εβδομάδα 12η:

Εισαγωγή στη γλώσσα σχεδιασμού ψηφιακών συστημάτων Verilog.

Εβδομάδα 13η:

Παραδείγματα σχεδίασης συστημάτων με τη γλώσσα Verilog.

1. Ψηφιακή Σχεδίαση, 6η Έκδοση, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68406394, Έκδοση: 6η έκδ./2018, Συγγραφείς: Mano Morris, Ciletti Michael, ISBN: 9789604911134, Τύπος: Σύγγραμμα, Διαθέτης (Εκδότης): Α. ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ & ΣΙΑ Ι.Κ.Ε.
2. ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ: ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 86195856, Έκδοση: 5η Αμερικανική (με VERILOG)/2019, Συγγραφείς: JOHN F. WAKERLY, ISBN: 9789606450013, Τύπος: Σύγγραμμα, Διαθέτης (Εκδότης): ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ
3. “ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 32998377, Έκδοση: 1H/2015, Συγγραφείς: WILLIAM J. DALLY - R. CURTIS HARTING, ISBN: 9789605244453, Τύπος: Σύγγραμμα, Διαθέτης (Εκδότης): ΙΔΡΥΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΕΡΕΥΝΑΣ-ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ
4. ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ, ΕΚΔΟΣΗ ARM®, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 86055864, Έκδοση: 1η/2019, Συγγραφείς: SARAH L. HARRIS, DAVID MONEY HARRIS, ISBN: 9789604619610, Τύπος: Σύγγραμμα, Διαθέτης (Εκδότης): ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ

Διαλέξεις δια ζώσης + φροντιστήριο ασκήσεων

Χρήση ηλεκτρονικών σημειώσεων

Υποστήριξη διδασκαλίας μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας e-class

Γραπτή εξέταση