ΗΥ-120: Ψηφιακή Σχεδίαση

Εργαστηριακές Ασκήσεις (Laboratory Exercises):

• Εργαστήριο 0 (25-26 Σεπ. 2014) [PDF] Επανάληψη περί Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων, γνωριμία με breadboard, LED, και διακόπτες.   –   Video του 2013

• Εργαστήριο 1 (30 Σεπ. - 3 Οκτ. 2014) [PDF]: Λογική με διακόπτες, Πολυπλέκτες, Μνήμη ROM.
      –  VIDEO του 2013: §1.1 έως και 1.4, §1.5(α), §1.5(β), §1.6(α), §1.6(β) έως 1.7(α), §1.7(β).
      –  Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –μόνο γιά τους ενδιαφερόμενους: Extra 1: parity: switch network, function properties; Gray code; error detection and correction codes - checksum, CRC; oscilloscopes - [PDF] [2ο αντίτυπο]

• Εργαστήριο 2 (7-10 Οκτ. 2014) [PDF]: Αποκωδικοποιητές και Διευθύνσεις Μνήμης, Ηλεκτρονόμοι, Κωδικοποίηση και Συνδυασμοί.
      –  VIDEO του 2013: §2.1(α), §2.1(β), §2.2, §2.3, §2.5 - 2.6, §2.8, §2.12, §2.13 (και 2.7), 2.14, §2.10, §2.9.

• Εργαστήριο 3 (14-17 Οκτ. 2014) [PDF]: Η σχέση Πολυπλεκτών - Αποκωδικοποιητών, Ανάδραση - Ταλαντωτές - Στοιχεία Μνήμης, Λογικές Πύλες, Transistors και Chips, Συνδυαστικά Κυκλώματα.
      –  VIDEO του 2013: §3.1, §3.2, §3.3, §3.4, §3.5, §3.11, §3.6 (transistors-1), §3.6 (transistors-2), §3.6 (πύλες NOT), §3.6 (πύλες NAND, NOR), §3.9.
      –  Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –γιά τους ενδιαφερόμενους: Συνδυαστικά Κυκλώματα με χρήση Ηλεκτρονόμων [PDF]
      –  Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –μόνο γιά τους ενδιαφερόμενους: Extra 2: pulse generator, and use with the oscilloscope; delay measurements in RC circuits, simple gates, relays; frequency measurements in ring oscillators; bistable (latch) circuits and FCFS arbiters; feedback control theory - [PDF] [2ο αντίτυπο]
      –  Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –μόνο γιά τους ενδιαφερόμενους: Extra 3 [PDF] - συνεισφορά Ε. Α. Νεονάκη: ταλαντωτές (oscillators) - [2ο αντίτυπο]
      –  Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –μόνο γιά τους ενδιαφερόμενους: Ένας μικρός, απλός, γραφικός προσομοιωτής ψηφιακών πυλών - http://logic.ly

• Εργαστήριο 4 (21-24 Οκτ. 2014) [PDF]: Χάρτες Karnaugh, Άλγερβα Boole, Μνήμη RAM.
      –  VIDEO του 2013: §4.1 (Karnaugh 2 μτβλ), §4.2 (Karnaugh 3 μτβλ), §4.1 (Karnaugh 4 μτβλ), §4.4 (don't care), §4.9 (αποκωδικοποιητές), §4.9 (πολυπλέκτες), §4.12 (RAM), §4.11 (debugging), §4.6 (De Morgan), §4.6 (επιμεριστική), §4.6 (δυϊσμός), §4.6 (άλλες).

• Εργαστήριο 5 (29 Οκτ. - 1 Νοε. 2014) [PDF]: Δυαδική Αρίθμηση, Αθροιστές.
      –  φύλλο εργασίας [PDF] που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γιά το πείραμα 5.11 (ή και την άσκηση 5.9) (συνεισφορά Ε. Νεονάκη).
      –  VIDEO του 2013: §5.1 (Δυαδικό), §5.1 (Δεκαεξαδικό, Οκταδικό), §5.1 (Μετατροπή από Δεκαδικό σε Δυαδικό), §5.3 (Δυαδική Πρόσθεση), §5.4 (Δυαδικός Αθροιστής), §5.10 (πρόσθεση πολλαπλών αριθμών), §5.11 (μέτρηση πλήθους πατημένων διακοπτών)

• Εργαστήριο 6 (4-7 Νοε. 2014) [PDF]: Προσημασμένοι Ακέραιοι, Προσθαφαιρέτες, FF.
      –  VIDEO του 2013: §6.1 (Πολλαπλασιασμός, Διαίρεση, και Υπόλοιπο με Δυνάμεις του 2), §6.2 (Συστροφή αναπαράστασης αριθμού με n bits), §6.2 (Συστροφή: επανάληψη), §6.3(α) (Κώδικας προσημασμένων "2's complement" - παράδειγμα 4 bits), §6.3(β) (Ορισμός κώδικα προσημασμένων "2's complement" με n bits), §6.3(γ) (παράδειγμα προσημασμένων), §6.3(δ) (Εναλλακτικός ορισμός κώδικα προσημασμένων 2's complement), §6.4(α) (Πρόσθεση προσημασμένων σε μορφή 2's complement), §6.4(β) (Απόδειξη του κανόνα πρόσθεσης προσημασμένων) και 6.5 (Αντίθετος αριθμού - από το λεπτό 30:00 και πέρα),   Επανάληψη Προσημασμένων, με άλλα λόγια,   Παραδείγματα Προσημασμένων,   §6.7(α) (Αφαίρεση αριθμών), §6.7(β) (Προσθαφαιρέτης).

•         Εξέταση Προόδου: Σάββατο 8 Νοεμβρίου 2014, ώρα 12:10 - 14:00 (τέλος βδομάδας 7). Η συμμετοχή των φοιτητών είναι υποχρεωτική κατά την έννοια ότι ο βαθμός αυτής της εξέτασης πάντα μετράει –χωρίς ωστόσο να υπάρχει ελάχιστο όριο αυτού του βαθμού που να απαιτείται γιά να περάσει ο φοιτητής το μάθημα.

• Εργαστήριο 7 (11-15 Νοε. 2014) [PDF]: Μανταλωτές, Καταχωρητές, Διφασικά Ρολόγια.
      –  VIDEO του 2013: §6.10 (Η στοιχειώδης ιδέα του flip-flop), §7.1 (Βασικό RS Latch), §7.3(α) (D-type Latch), §7.3(β) (Διαγράμματα Χρονισμού), §7.5 (Multi-bit registers), §7.6(α) (Αποθήκευση Προηγούμενης Εισόδου), §7.6(β) (Μνήμη σε Βρόχο Ανάδρασης - Διφασικά Ρολόγια), §7.6(γ) (Διαγράμματα Χρονισμού), §7.7 (Καταχωρητής Ολίσθησης).

• Εργαστήριο 8 (18-21 Νοε. 2014) [PDF]: Μετρητής με Αθροιστή & Καταχωρητή, Ακμοπυροδότηση.
      –  VIDEO του 2013: §8.0 (Γενικά περί Μετρητών), §8.1 (Πολύμπιτοι Πολυπλέκτες), §8.2 (Μετρητής από Αθροιστές, Καταχωρητές, και Πολυπλέκτες), §8.3-4 (σχόλια γιά το εργαστήριο), §8.5(α) (Ακμοπυροδότηση), §8.5(β) (Εξασφαλίζεται η χρήση όπως με φ1 και φ2;), §8.8 (Switch Debouncing).
      –  Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –μόνο γιά τους ενδιαφερόμενους: Extra 8 [PDF] - συνεισφορά Ε. Α. Νεονάκη: μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό, μετρητές χρόνου και συχνότητας - [2ο αντίτυπο]

• Εργαστήριο 9 (25-28 Νοε. 2014) [PDF]: Λεωφόροι, Τρικατάστατοι, SRAM.
      –  VIDEO του 2013: §9.1(α) (Κεντρικοποιημένη και Κατανεμημένη Πολύπλεξη), §9.1(β) (Τρικατάστατος διακόπτης σε CMOS), §9.1(γ) (Κανόνες λειτουργίας Τρικατάστατης Λεωφόρου), §9.2(α) (Πολύμπιτες Τρικατάστατες Λεωφόροι - Buses), §9.2(β) (Αμφίδρομα Pins Δεδομένων), §9.2(γ) (Σύγχρονες τάσεις Επικοινωνίας μεταξύ Chips), § 9.3 Εσωτερική Οργάνωση Μνημών SRAM: (α) Ανάγνωση, (β) Εγγραφή, (γ) Κοινός Αποκωδικοποιητής Διευθύνσεων, §9.4(β) (Μνήμες πολλαπλών Chips), §9.4(α) (Αμφίδρομα Pins Δεδομένων).

• Εργαστήριο 10 (2-5 Δεκ. 2014) [PDF]: FSM (Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων).
      –  VIDEO του 2013: §10.1-2 (Εισαγωγή στις FSM), § 10.3 Φώτα Κυκλοφορίας σε Διασταύρωση Οδών: Εισαγωγή, 10.3.1 (κλασσικά, 1:1), 10.3.2 (κλασσικά, 2:1), 10.3.3 (στατική προτεραιότητα), § 10.3.4 Προσαρμοστικός Έλεγχος 1:1 Διάγραμμα Καταστάσεων και Επιδόσεις, Επανάληψη, Υλοποίηση του κυκλώματος, 10.3.5 (Προσαρμοστικός Έλεγχος 2:1), 10.4 (προσοχή στην αχρησιμοποίητη κατάσταση (στην άσκηση)), § 10.5: (α) Κώδικες Μεταβλητού Μήκους (Κωδικοποίηση Huffman), (β) Διφορούμενοι Κώδικες, §10.6 (FSM Αποκωδικοποίησης Huffman), §10.7 (Κωδικοποίηση Καταστάσεων "One-Hot").

• Εργαστήριο 11 (9-12 Δεκ. 2014) [PDF]: Ένας απλός Υπολογιστής: datapath και εντολές πράξεων.
      –  Ένας προσομοιωτής του datapath του απλού αυτού υπολογιστή, ευγενής συνεισφορά του κ. Εμμανουήλ Α. Νεονάκη, βασισμένος στο σύστημα Hamburg Design System (HADES), βρίσκεται στο directory ~hy120/dpath_hades_EAN11/ (δηλαδή: /home/misc/courses/hy120/dpath_hades_EAN11/ ) των υπολογιστών του Τμήματος (μπορείτε να κατεβάσετε όλα τα περιεχόμενα αυτού του directory αντιγράφοντας και αποσυμπιέζοντας το αρχείο: ~hy120/dpath_hades_EAN11.zip ). Το πρόγραμμα Java που πρέπει να ανοίξετε και εκτελέσετε είναι το hades.jar και στη συνέχεια από το μενού του hades: File/Open επιλέξτε το αρχείο DataPath.hds
      –  VIDEO του 2013: § 11.1 Μιά απλή ALU: (α) ποιές πράξεις, (β) το συνολικό κύκλωμα, §11.2 (Επεξεργαστής τύπου Συσσωρευτή), §11.3 (Εντολές: οι οδηγίες γιά τις πράξεις), § 11.4 Ανάγνωση και Εκτέλεση Εντολών: §(α) πώς η εντολή οδηγεί το κύκλωμα Ελέγχου και τη διεύθυνση της Μνήμης Δεδομένων, §(β) ο μετρητής προγράμματος (PC) και η ανάγνωση εντολών από τη μνήμη, §11.2 (extra) (Παράδειγμα πιο πολύπλοκου υπολογισμού με Συσσωρευτή), §11.9 (Εντολές Άλματος (Jump)), §11.5 (Καταχωρητές με Επίτρεψη Φόρτωσης (Load Enable)), §11.10 (Αποκωδικοποίηση Εντολών - Κύκλωμα Ελέγχου).

• Εργαστήριο 12 (15-18 Δεκ. 2014) [PDF]: Διακλαδώσεις, pointers, ταχύτητα & κατανάλωση πυλών.
      –  VIDEO του 2013: §12.0 Επανάληψη - Η Διεύθυνση της επόμενης εντολής, §12.1 Παράδειγμα Βρόχου και Διακλαδώσεις υπό συνθήκη, §12.2(α) Datapath για διακλαδώσεις, §12.2(β) Λογική ελέγχου για διακλαδώσεις, §12.2(γ) If-Then-Else, §12.3(α) Eπιστροφή από Διαδικασία: Άλματα σε Μεταβλητές Διευθύνσεις, §12.3(β) Η υλοποίηση της Jump Indexed, §12.5(α) Η έννοια του "Indirection", §12.5(β) Δομές Δεδομένων - Μεταβλητές Διευθύνσεις Μνήμης - παράδειγμα με Πίνακα, §12.5(γ) Επανάληψη του 12.5, §12.6(α) Υλοποίηση Εντολών Indexed, §12.6(β) Δύο κύκλοι Ρολογιού - FSM Ελέγχου, §12.8(α) Η Εξίσωση της Καθυστέρησης: Δt = C · ΔV / I, §12.8(β) συνέπειες της εξίσωσης για Fan-In και Fan-Out πυλών, §12.8(γ) Κατανάλωση Ενέργειας.

• ΕΠΑΝΑΛΗΨΕΙΣ - VIDEO του 2013: (α) Τι χρειάζεται να θυμάται μιά FSM από το παρελθόν, (β) flip-flops, (γ) οι μνήμες εσωτερικά, (δ) σύστημα μνήμης από πολλαπλά chips μνήμης, (ε) ο απλός υπολογιστής του μαθήματος, (ε) αναλογικά versus ψηφιακά, (ε) FSM γιά μηχανή πώλησης, (ε) προσημασμένοι αριθμοί, (ε) διαγράμματα χρονισμού.

•         Τελική Εξέταση: Πέμπτη, 29 Ιανουαρίου 2015, ώρα 09:05 - 12:00
•         Τελική Εξέταση Β' Περιόδου: Δευτέρα, 14 Σεπτεμβρίου 2015, ώρα 09:05 - 12:00

Σελίδες Παλαιοτέρων Ετών (Previous Years):

• Φθινόπωρο 2013 (Fall 2013) (included video-recordings of the lectures)
• Fall 2012, Fall 2011, Fall 2010, Fall 2009, Fall 2008, Fall 2007, Fall 2006, Fall 2005 (taught using the "simple processor datapath" in Labs 11 and 12).
• Fall 2004, Fall 2003, Fall 2002 (taught by M. Katevenis).
• F'01 [HTML], F'00 project [DOC], F'99 project [DOC].