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) | 6,0 | ECTS (formy) | 6,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Brak wymagań wstępnych |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z zasadami projektowania i syntezy układów cyfrowych |
| C-2 | Ukształtowanie umiejętności z zakresu projektowania prostych układów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| T-A-1 | Wyrażenia logiczne. Prawa i tożsamości logiczne. Przekształcanie wyrażeń logicznych. | 2 |
| T-A-2 | Minimalizacja funkcji logicznych za pomocą wybranych metod. | 2 |
| T-A-3 | Synteza układów kombinacyjnych. | 2 |
| T-A-4 | Synteza układów sekwencyjnych. | 4 |
| T-A-5 | Diagramy ASM i przykłady realizacji układów z automatem sterującym i ścieżką danych. | 2 |
| T-A-6 | Wybrane algorytmy kolejkowania i łączenia zasobów w syntezie poziomu architektury. | 2 |
| T-A-7 | Kolokwium zaliczeniowe. | 1 |
| 15 | ||
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Prezentacja stanowiska laboratoryjnego oraz sprzętu pomiarowego, omówienie zasad wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych. | 2 |
| T-L-2 | Badanie parametrów statycznych i dynamicznych scalonych układów cyfrowych, ilustracja zjawiska hazardu w układach cyfrowych. | 2 |
| T-L-3 | Synteza układów logicznych, wykonanie układów na bazie układów sclaonych małej skali integracji i ich weryfikacja. | 4 |
| T-L-4 | Narzędzia do projektowania układów cyfrowych z wykorzystaniem platformy CPLD/FPGA i języków opisu sprzętu. | 4 |
| T-L-5 | Układy sekwencyjne: przerzutniki proste i złożone, badanie i przekształcenia. | 4 |
| T-L-6 | Synteza układów sekwencyjnych synchronicznych z wykorzystaniem modeli automatów. | 6 |
| T-L-7 | Podstawy projektowania sprzętowych systemów cyfrowych z wykorzystaniem języków opisu sprzętu zgodnie z zadaną specyfikacją funkcjonalną, łączące różne elementy i układy cyfrowe. | 6 |
| T-L-8 | Podsumowanie realizacji celów oraz zaliczenie. | 2 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Układy analogowe. Napięcie i prąd. Rezystancja, prawo Ohma, prawo Kirchhoffa. Oczkowa metoda liczenia układów. Zarys teorii pola elektrycznego i magnetycznego. Kondensatory i cewki. Wykorzystanie liczb zespolonych do obliczeń obwodów elektrycznych jako uproszczenie analizy. Przykład komputera analogowego do realizacji zadania całkowania/ różniczkowania oraz sterowania napędami. | 2 |
| T-W-2 | Układy półprzewodnikowe. Twierdzenie Thevenina. Impedancja wejściowa i wyjściowa układów i jej znaczenie. Tranzystor bipolarny i polowy. Tranzystor jako klucz. Budowa układu cyfrowej negacji logicznej na tranzystorach. Bufory trójstanowe. Układ scalony i technologia jego wytwarzania. Prawo Moora. Wielkość tranzystora. | 2 |
| T-W-3 | 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-4 | Języki opisu sprzętu. Programowalne układy logiczne. Podstawy VHDL. | 2 |
| T-W-5 | Funkcje i logiczne układy kombinacyjne. Kodery i dekodery. Multipleksery i demultipleksery. Zastosowanie układów programowalnych do realizacji funkcji logicznych za pomocą języków opisu sprzętu. | 2 |
| T-W-6 | Elementarne układy arytmetyczne. Dodawanie, odejmowanie, uzupełnienie, mnożenie binarne. Inkrementowanie i dekrementowanie, mnożenie i dzielenie przez stałe wartości. | 2 |
| T-W-7 | Układy sekwencyjne. Układy typu zatrzask. Przerzutniki. Modele automatu Moore'a i Mealy'ego. Graf stanu. Procedura projektowania układów sekwencyjnych. | 4 |
| T-W-8 | Rejestry i przesłania międzyrejestrowe. Mikrooperacje. Rejestry przesuwające. Liczniki. | 2 |
| T-W-9 | Automat sterujący i ścieżka danych. Algorytmiczne automaty stanu. Diagramy ASM. Przykłady zastosowania diagramów ASM. | 2 |
| T-W-10 | Arytmetyka w systemach cyfrowych. Arytmetyka stałoprzecinkowa i zmiennoprzecinkowa. Układy arytmetyczne w systemach komputerowych. | 2 |
| T-W-11 | Elementy syntezy i optymalizacji poziomu architektury. Kolejkowanie, współdzielenie i łączenie zasobów. | 4 |
| T-W-12 | Pamięci półprzewodnikowe, klasyfikacja, operacje zapisu i odczytu. Pamięć statyczna i dynamiczna. Interfejsy pamięci. | 2 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| A-A-1 | Udział w ćwiczeniach | 15 |
| A-A-2 | Przygotowanie do ćwiczeń | 10 |
| 25 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Udział w zajęciach laboratoryjnych | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych | 20 |
| 50 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | Uczestnictwo w konsultacjach | 2 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 41 |
| A-W-4 | Egzamin | 2 |
| 75 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Wykład problemowy |
| M-3 | Ćwiczenia audytoryjne |
| M-4 | Ćwiczenia laboratoryjne |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena wiedzy i umiejętności wykazana na egzaminie pisemnym o charakterze problemowym |
Zamierzone efekty uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_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_W10, I_1A_W01 | — | — | C-1 | T-A-1, T-A-3, T-A-2, T-A-4, T-A-5, T-A-6, T-W-8, T-W-12, T-W-9, T-W-7, T-W-1, T-W-2, T-W-5, T-W-6, T-W-10, T-W-11, T-W-4, T-W-3 | M-2, M-1, M-3 | S-1 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_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_U08, I_1A_U02 | — | — | C-2, C-1 | T-L-6, T-L-1, T-L-3, T-L-5, T-L-7, T-L-4, T-L-2, T-L-8 | M-4, M-3 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_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 | |
| 3,0 | Opanował 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. | |
| 3,5 | Jak 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. | |
| 4,0 | Jak 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. | |
| 4,5 | Jak 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. | |
| 5,0 | Jak 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 się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_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 | |
| 3,0 | Potrafi 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. | |
| 3,5 | Jak na ocenę 3,0 oraz potrafi zaprojektować układ cyfrowy z wykorzystaniem języka VHDL. | |
| 4,0 | Jak na ocenę 3,5 oraz dodatkowo potrafi zaprojektować synchroniczny układ cyfrowy zadany za pomocą automatu skończonego, potrafi zapisywać bardziej rozbudowane programy w języku VHDL. | |
| 4,5 | Jak na ocenę 4,0 oraz potrafi wykorzystać w projektach podstawowe układy sekwencyjne, w tym także w projektach w języku VHDL. | |
| 5,0 | Jak na ocenę 4,5 oraz potrafi stosować w praktycznych realizacjach układowych wszystkie podane na zajęciach konstrukcje języka VHDL. |
Literatura podstawowa
- M. Mano, Ch. Kime, Podstawy projektowania układów logicznych i komputerów, WNT, Warszawa, 2007
- B. Wilkinson, Układy cyfrowe, WKŁ, Warszawa, 2000
- M. Zwoliński, Podstawy projektowania układów cyfrowych z wykorzystaniem języka VHDL, WKŁ, Warszawa, 2007
Literatura dodatkowa
- G. de Micheli, Synteza i optymalizacja układów cyfrowych, WNT, Warszawa, 1998
- J. Kalisz, Podstawy elektroniki cyfrowej, WKŁ, Warszawa, 1998