Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Informatyki - Informatyka (S1)
specjalność: Inżynieria oprogramowania

Sylabus przedmiotu Technika cyfrowa:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Informatyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Technika cyfrowa
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji
Nauczyciel odpowiedzialny Mariusz Kapruziak <Mariusz.Kapruziak@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Galina Cariowa <Galina.Tariova@zut.edu.pl>, Piotr Dziurzański <Piotr.Dziurzanski@zut.edu.pl>, Małgorzata Pelczar <Malgorzata.Pelczar@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL2 30 2,00,50zaliczenie
wykładyW2 30 2,00,50zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Brak wymagań wstępnych

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z zasadami projektowania i syntezy układów cyfrowych
C-2Ukształtowanie umiejętności z zakresu projektowania prostych układów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Prezentacja stanowiska laboratoryjnego oraz sprzętu pomiarowego, omówienie zasad wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych.2
T-L-2Badanie parametrów statycznych i dynamicznych scalonych układów cyfrowych, ilustracja zjawiska hazardu w układach cyfrowych.2
T-L-3Synteza układów logicznych, wykonanie układów na bazie układów sclaonych małej skali integracji i ich weryfikacja.4
T-L-4Narzędzia do projektowania układów cyfrowych z wykorzystaniem platformy CPLD/FPGA i języków opisu sprzętu.4
T-L-5Układy sekwencyjne: przerzutniki proste i złożone, badanie i przekształcenia.4
T-L-6Synteza układów sekwencyjnych synchronicznych z wykorzystaniem modeli automatów.6
T-L-7Podstawy projektowania sprzętowych systemów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu zgodnie z zadaną specyfikacją funkcjonalną, łączące różne elementy i układy cyfrowe.6
T-L-8Podsumowanie realizacji celów oraz zaliczenie.2
30
wykłady
T-W-1Podstawy elektroniczne cyfrowych układów scalonych. Projektowanie kombinacyjnych układów logicznych. Logika dwuwartościowa, podstawowe tożsamości algebry boolowskiej, przekształcenia algebraiczne, standardowe postaci wyrażeń boolowskich, mintermy i maxtermy, suma iloczynów oraz iloczyn sum, podstawowe funktory logiczne.4
T-W-2Języki opisu sprzętu. Programowalne układy logiczne. Podstawy VHDL.2
T-W-3Funkcje i logiczne układy kombinacyjne. Kodery i dekodery. Multipleksery i demultipleksery. Zastosowanie układów programowalnych do realizacji funkcji logicznych za pomocą języków opisu sprzętu.4
T-W-4Elementarne układy arytmetyczne. Dodawanie, odejmowanie, uzupełnienie, mnożenie binarne. Inkrementowanie i dekrementowanie, mnożenie i dzielenie przez stałe wartości.2
T-W-5Układy sekwencyjne. Układy typu zatrzask. Przerzutniki. Modele automatu Moore'a i Mealy'ego. Graf stanu. Procedura projektowania układów sekwencyjnych.6
T-W-6Rejestry i przesłania międzyrejestrowe. Mikrooperacje. Rejestry przesuwające. Liczniki.2
T-W-7Automat sterujący i ścieżka danych. Algorytmiczne automaty stanu. Diagramy ASM. Przykłady zastosowania diagramów ASM.2
T-W-8Arytmetyka w systemach cyfrowych. Arytmetyka stałoprzecinkowa i zmiennoprzecinkowa. Układy arytmetyczne w systemach komputerowych.2
T-W-9Elementy syntezy i optymalizacji poziomu architektury. Kolejkowanie, współdzielenie i łączenie zasobów.4
T-W-10Pamięci półprzewodnikowe, klasyfikacja, operacje zapisu i odczytu. Pamięć statyczna i dynamiczna. Interfejsy pamięci.2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych30
A-L-2Praca własna20
50
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Uczestnictwo w konsultacjach2
A-W-3Praca własna18
50

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia audytoryjne
M-4Ćwiczenia laboratoryjne

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wiedzy i umiejętności wykazana na egzaminie pisemnym o charakterze problemowym

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
Itest_1A_C05_W01
Student zna podstawowe elementy i układy cyfrowe. Rozróżnia wybrane metody syntezy logicznej w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych. Zna architekturę podstawowych układów reprogramowalnych, a także podstawy posługiwania się wybranym językiem opisu sprzętu.
I_1A_W01, I_1A_W02C-1T-W-8, T-W-9, T-W-2, T-W-6, T-W-10, T-W-7, T-W-5, T-W-3, T-W-4, T-W-1M-2, M-1, M-3S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
Itest_1A_C05_U01
Student ma opanowaną umiejętność posługiwania się cyfrowymi układami scalonymi oraz zaprojektowania prostego systemu cyfrowego za pomocą układów scalonych SSI, a także umiejętność implementacji systemu cyfrowego za pomocą układów reprogramowalnych na rzeczywistej platformie uruchomieniowej z wykorzystaniem wybranego języka opisu sprzętu oraz przemysłowych narzędzi projektowych.
I_1A_U05, I_1A_U04C-2, C-1T-L-4, T-L-7, T-L-6, T-L-1, T-L-3, T-L-5, T-L-2, T-L-8M-4, M-3S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
Itest_1A_C05_W01
Student zna podstawowe elementy i układy cyfrowe. Rozróżnia wybrane metody syntezy logicznej w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych. Zna architekturę podstawowych układów reprogramowalnych, a także podstawy posługiwania się wybranym językiem opisu sprzętu.
2,0
3,0Opanował w stopniu podstawowym wiedzę na temat syntezy logicznej w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych, zna sposób działania podstawowych układów i bloków logicznych, zna elementy składowe diagramów ASM, zna budowę podstawowych układów reprogramowalnych, zna podstawowe konstrukcje języka VHDL.
3,5Jak na ocenę 3,0 i ponadto zna zasady projektowania prostych układów cyfrowych w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych, rozróżnia sposoby modelowania układów cyfrowych za pomocą VHDL.
4,0Jak na ocenę 3,5 oraz dodatkowo wie, w jaki sposób zamodelować układ sekwencyjny synchroniczny za pomocą automatu skończonego, ponadto jest w stanie dostrzegać i objaśniać związki pomiędzy różnymi elementami systemów cyfrowych na różnych poziomach abstrakcji, zna zasady modelowania prostych systemów cyfrowych za pomocą języka VHDL.
4,5Jak na ocenę 4,0 oraz dodatkowo jest w stanie zaproponować metody realizacji algorytmów za pomocą sprzętu, oparte na pozyskanej wiedzy, z wykorzystaniem bloków cyfrowych i/lub języków opisu sprzętu.
5,0Jak na ocenę 4,5 oraz dodatkowo jest w stanie samodzielnie opisywać i tłumaczyć wybrane zagadnienia dotyczące problemów techniki cyfrowej na podstawie studiów literaturowych.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
Itest_1A_C05_U01
Student ma opanowaną umiejętność posługiwania się cyfrowymi układami scalonymi oraz zaprojektowania prostego systemu cyfrowego za pomocą układów scalonych SSI, a także umiejętność implementacji systemu cyfrowego za pomocą układów reprogramowalnych na rzeczywistej platformie uruchomieniowej z wykorzystaniem wybranego języka opisu sprzętu oraz przemysłowych narzędzi projektowych.
2,0
3,0Potrafi zaprojektować prosty sekwencyjny i kombinacyjny układ cyfrowy, potrafi narysować podstawowe układy sekwencyjne, potrafi zaprojektować prosty automat skończony, potrafi wykonać analizę prostego kodu w języku VHDL.
3,5Jak na ocenę 3,0 oraz potrafi zaprojektować układ cyfrowy z wykorzystaniem języka VHDL.
4,0Jak na ocenę 3,5 oraz dodatkowo potrafi zaprojektować synchroniczny układ cyfrowy zadany za pomocą automatu skończonego, potrafi zapisywać bardziej rozbudowane programy w języku VHDL.
4,5Jak na ocenę 4,0 oraz potrafi wykorzystać w projektach podstawowe układy sekwencyjne, w tym także w projektach w języku VHDL.
5,0Jak na ocenę 4,5 oraz potrafi stosować w praktycznych realizacjach układowych wszystkie podane na zajęciach konstrukcje języka VHDL.

Literatura podstawowa

  1. M. Mano, Ch. Kime, Podstawy projektowania układów logicznych i komputerów, WNT, Warszawa, 2007
  2. B. Wilkinson, Układy cyfrowe, WKŁ, Warszawa, 2000
  3. M. Zwoliński, Podstawy projektowania układów cyfrowych z wykorzystaniem języka VHDL, WKŁ, Warszawa, 2007

Literatura dodatkowa

  1. G. de Micheli, Synteza i optymalizacja układów cyfrowych, WNT, Warszawa, 1998
  2. J. Kalisz, Podstawy elektroniki cyfrowej, WKŁ, Warszawa, 1998

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Prezentacja stanowiska laboratoryjnego oraz sprzętu pomiarowego, omówienie zasad wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych.2
T-L-2Badanie parametrów statycznych i dynamicznych scalonych układów cyfrowych, ilustracja zjawiska hazardu w układach cyfrowych.2
T-L-3Synteza układów logicznych, wykonanie układów na bazie układów sclaonych małej skali integracji i ich weryfikacja.4
T-L-4Narzędzia do projektowania układów cyfrowych z wykorzystaniem platformy CPLD/FPGA i języków opisu sprzętu.4
T-L-5Układy sekwencyjne: przerzutniki proste i złożone, badanie i przekształcenia.4
T-L-6Synteza układów sekwencyjnych synchronicznych z wykorzystaniem modeli automatów.6
T-L-7Podstawy projektowania sprzętowych systemów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu zgodnie z zadaną specyfikacją funkcjonalną, łączące różne elementy i układy cyfrowe.6
T-L-8Podsumowanie realizacji celów oraz zaliczenie.2
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Podstawy elektroniczne cyfrowych układów scalonych. Projektowanie kombinacyjnych układów logicznych. Logika dwuwartościowa, podstawowe tożsamości algebry boolowskiej, przekształcenia algebraiczne, standardowe postaci wyrażeń boolowskich, mintermy i maxtermy, suma iloczynów oraz iloczyn sum, podstawowe funktory logiczne.4
T-W-2Języki opisu sprzętu. Programowalne układy logiczne. Podstawy VHDL.2
T-W-3Funkcje i logiczne układy kombinacyjne. Kodery i dekodery. Multipleksery i demultipleksery. Zastosowanie układów programowalnych do realizacji funkcji logicznych za pomocą języków opisu sprzętu.4
T-W-4Elementarne układy arytmetyczne. Dodawanie, odejmowanie, uzupełnienie, mnożenie binarne. Inkrementowanie i dekrementowanie, mnożenie i dzielenie przez stałe wartości.2
T-W-5Układy sekwencyjne. Układy typu zatrzask. Przerzutniki. Modele automatu Moore'a i Mealy'ego. Graf stanu. Procedura projektowania układów sekwencyjnych.6
T-W-6Rejestry i przesłania międzyrejestrowe. Mikrooperacje. Rejestry przesuwające. Liczniki.2
T-W-7Automat sterujący i ścieżka danych. Algorytmiczne automaty stanu. Diagramy ASM. Przykłady zastosowania diagramów ASM.2
T-W-8Arytmetyka w systemach cyfrowych. Arytmetyka stałoprzecinkowa i zmiennoprzecinkowa. Układy arytmetyczne w systemach komputerowych.2
T-W-9Elementy syntezy i optymalizacji poziomu architektury. Kolejkowanie, współdzielenie i łączenie zasobów.4
T-W-10Pamięci półprzewodnikowe, klasyfikacja, operacje zapisu i odczytu. Pamięć statyczna i dynamiczna. Interfejsy pamięci.2
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych30
A-L-2Praca własna20
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Uczestnictwo w konsultacjach2
A-W-3Praca własna18
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięItest_1A_C05_W01Student zna podstawowe elementy i układy cyfrowe. Rozróżnia wybrane metody syntezy logicznej w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych. Zna architekturę podstawowych układów reprogramowalnych, a także podstawy posługiwania się wybranym językiem opisu sprzętu.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_W01Ma poszerzoną wiedzę w zakresie matematyki stosowanej i obliczeniowej oraz fizyki, niezbędną do formułowania i rozwiązywania problemów w informatyce i dyscyplinach pokrewnych.
I_1A_W02Ma zaawansowaną i uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu fundamentalnych obszarów informatyki.
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z zasadami projektowania i syntezy układów cyfrowych
Treści programoweT-W-8Arytmetyka w systemach cyfrowych. Arytmetyka stałoprzecinkowa i zmiennoprzecinkowa. Układy arytmetyczne w systemach komputerowych.
T-W-9Elementy syntezy i optymalizacji poziomu architektury. Kolejkowanie, współdzielenie i łączenie zasobów.
T-W-2Języki opisu sprzętu. Programowalne układy logiczne. Podstawy VHDL.
T-W-6Rejestry i przesłania międzyrejestrowe. Mikrooperacje. Rejestry przesuwające. Liczniki.
T-W-10Pamięci półprzewodnikowe, klasyfikacja, operacje zapisu i odczytu. Pamięć statyczna i dynamiczna. Interfejsy pamięci.
T-W-7Automat sterujący i ścieżka danych. Algorytmiczne automaty stanu. Diagramy ASM. Przykłady zastosowania diagramów ASM.
T-W-5Układy sekwencyjne. Układy typu zatrzask. Przerzutniki. Modele automatu Moore'a i Mealy'ego. Graf stanu. Procedura projektowania układów sekwencyjnych.
T-W-3Funkcje i logiczne układy kombinacyjne. Kodery i dekodery. Multipleksery i demultipleksery. Zastosowanie układów programowalnych do realizacji funkcji logicznych za pomocą języków opisu sprzętu.
T-W-4Elementarne układy arytmetyczne. Dodawanie, odejmowanie, uzupełnienie, mnożenie binarne. Inkrementowanie i dekrementowanie, mnożenie i dzielenie przez stałe wartości.
T-W-1Podstawy elektroniczne cyfrowych układów scalonych. Projektowanie kombinacyjnych układów logicznych. Logika dwuwartościowa, podstawowe tożsamości algebry boolowskiej, przekształcenia algebraiczne, standardowe postaci wyrażeń boolowskich, mintermy i maxtermy, suma iloczynów oraz iloczyn sum, podstawowe funktory logiczne.
Metody nauczaniaM-2Wykład problemowy
M-1Wykład informacyjny
M-3Ćwiczenia audytoryjne
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena wiedzy i umiejętności wykazana na egzaminie pisemnym o charakterze problemowym
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Opanował w stopniu podstawowym wiedzę na temat syntezy logicznej w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych, zna sposób działania podstawowych układów i bloków logicznych, zna elementy składowe diagramów ASM, zna budowę podstawowych układów reprogramowalnych, zna podstawowe konstrukcje języka VHDL.
3,5Jak na ocenę 3,0 i ponadto zna zasady projektowania prostych układów cyfrowych w zakresie układów kombinacyjnych i sekwencyjnych, rozróżnia sposoby modelowania układów cyfrowych za pomocą VHDL.
4,0Jak na ocenę 3,5 oraz dodatkowo wie, w jaki sposób zamodelować układ sekwencyjny synchroniczny za pomocą automatu skończonego, ponadto jest w stanie dostrzegać i objaśniać związki pomiędzy różnymi elementami systemów cyfrowych na różnych poziomach abstrakcji, zna zasady modelowania prostych systemów cyfrowych za pomocą języka VHDL.
4,5Jak na ocenę 4,0 oraz dodatkowo jest w stanie zaproponować metody realizacji algorytmów za pomocą sprzętu, oparte na pozyskanej wiedzy, z wykorzystaniem bloków cyfrowych i/lub języków opisu sprzętu.
5,0Jak na ocenę 4,5 oraz dodatkowo jest w stanie samodzielnie opisywać i tłumaczyć wybrane zagadnienia dotyczące problemów techniki cyfrowej na podstawie studiów literaturowych.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięItest_1A_C05_U01Student ma opanowaną umiejętność posługiwania się cyfrowymi układami scalonymi oraz zaprojektowania prostego systemu cyfrowego za pomocą układów scalonych SSI, a także umiejętność implementacji systemu cyfrowego za pomocą układów reprogramowalnych na rzeczywistej platformie uruchomieniowej z wykorzystaniem wybranego języka opisu sprzętu oraz przemysłowych narzędzi projektowych.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówI_1A_U05Potrafi zaplanować i zrealizować eksperymenty w zakresie oceny wydajności, złożoności, efektywności systemów informatycznych i ich składowych.
I_1A_U04Potrafi identyfikować związki i zależności w procesach zachodzących w systemach rzeczywistych i na tej podstawie tworzyć modele komputerowe oraz przeprowadzać ich symulacje.
Cel przedmiotuC-2Ukształtowanie umiejętności z zakresu projektowania prostych układów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu
C-1Zapoznanie studentów z zasadami projektowania i syntezy układów cyfrowych
Treści programoweT-L-4Narzędzia do projektowania układów cyfrowych z wykorzystaniem platformy CPLD/FPGA i języków opisu sprzętu.
T-L-7Podstawy projektowania sprzętowych systemów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu zgodnie z zadaną specyfikacją funkcjonalną, łączące różne elementy i układy cyfrowe.
T-L-6Synteza układów sekwencyjnych synchronicznych z wykorzystaniem modeli automatów.
T-L-1Prezentacja stanowiska laboratoryjnego oraz sprzętu pomiarowego, omówienie zasad wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych.
T-L-3Synteza układów logicznych, wykonanie układów na bazie układów sclaonych małej skali integracji i ich weryfikacja.
T-L-5Układy sekwencyjne: przerzutniki proste i złożone, badanie i przekształcenia.
T-L-2Badanie parametrów statycznych i dynamicznych scalonych układów cyfrowych, ilustracja zjawiska hazardu w układach cyfrowych.
T-L-8Podsumowanie realizacji celów oraz zaliczenie.
Metody nauczaniaM-4Ćwiczenia laboratoryjne
M-3Ćwiczenia audytoryjne
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena wiedzy i umiejętności wykazana na egzaminie pisemnym o charakterze problemowym
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Potrafi zaprojektować prosty sekwencyjny i kombinacyjny układ cyfrowy, potrafi narysować podstawowe układy sekwencyjne, potrafi zaprojektować prosty automat skończony, potrafi wykonać analizę prostego kodu w języku VHDL.
3,5Jak na ocenę 3,0 oraz potrafi zaprojektować układ cyfrowy z wykorzystaniem języka VHDL.
4,0Jak na ocenę 3,5 oraz dodatkowo potrafi zaprojektować synchroniczny układ cyfrowy zadany za pomocą automatu skończonego, potrafi zapisywać bardziej rozbudowane programy w języku VHDL.
4,5Jak na ocenę 4,0 oraz potrafi wykorzystać w projektach podstawowe układy sekwencyjne, w tym także w projektach w języku VHDL.
5,0Jak na ocenę 4,5 oraz potrafi stosować w praktycznych realizacjach układowych wszystkie podane na zajęciach konstrukcje języka VHDL.