1 / 32

I207 Digitaalloogika ja -süsteemid

I207 Digitaalloogika ja -süsteemid. http://www. itcollege .ee/ ~ lrv/I207/ Peeter Ellervee TTÜ - ICT-526 620 2258 511 3631 LRV@ati.ttu.ee http://www. itcollege .ee/ ~ lrv/ http:// www .ati.ttu.ee/~lrv/. Sissejuhatuse asemel. Me kõik teame, et vanasti.

xannon
Télécharger la présentation

I207 Digitaalloogika ja -süsteemid

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. I207Digitaalloogika ja -süsteemid http://www.itcollege.ee/~lrv/I207/ Peeter Ellervee TTÜ - ICT-526 620 2258 511 3631 LRV@ati.ttu.ee http://www.itcollege.ee/~lrv/ http://www.ati.ttu.ee/~lrv/ I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  2. Sissejuhatuse asemel • Me kõik teame, et vanasti ... • … oli lumi valgem, taevas sinisem, varblased suuremad, … • Tegelikkus on aga veelgi huvitavam • Ka transistor oli vanasti palju suurem! I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  3. “Digitaalarvuti” - ~500 e.m.a. - abakus (abacus) Ajaloost ... • “Analoogarvuti” - 1625 - lükati (slide rule) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  4. pommitus-arvuti astrolaab [16. saj.] Norden differentsiaal-analüsaator vesiarvuti [University of Pensylvania, ca 1942] [NSLV 1936] Ajaloost ... • Analoogarvutid I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  5. 1642 – Blaise Pascal (1623-1662) liitmismasin 1834 – Charles Babbage (1792-1871) analüütiline masin (analytical engine) 1906 valmistati osa protsessorist (töötas!) Ajaloost ... • 1874 või 1885 • Aritmomeeter • Frank S. Baldwin (US) • Willgodt T. Odhner (RU) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  6. Ajaloost ... • Elektromehhaaniline relee – 19. saj. • Elektronlamp – 20. saj. algus • 1904 - diood - J. A. Fleming [UK] • 1906 - triood - L. De Forest [US] • 1941 (dets.) – V3 (hilisem Z3) [D] • Konrad Zuse (1910-1995) • elektromehhaaniline (releed) • esimene programmeeritav kalkulaator I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  7. Ajaloost – Colossus [UK] • 1943 (dets.) • varaseim programmeeritav elektronarvuti • 2400 lampi, • 5000 süm./sek. • “Enigma” koodi dešifreerimine I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  8. Ajaloost – ENIAC [US] • 1946Electronic Numerical Integrator and Computer • 18000 lampi • ~5000 liitm./sek. • 30 tonni, 25 kW • ballistika, vesinikupomm I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  9. Ajaloost ... • 1947. a. lõpp – transistor [Bell Labs] • W.B. Shockley, J. Bardeen & W.H. Brattain • Teise põlvkonna arvutid Nairi Minsk 32 I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  10. TRS-80 PDP-8 Ajaloost ... • Esimene mikroskeem • 12.09.1958 - TI • Jack St. Clair Kilby • Esimene mälukiip • 1970 - Intel - 1Kb • Esimene mikroprotsessor • 15.11.1971 - Intel - i4004 • 4-bitti, 2300 transistori • ~60 kOPs (108 kHz) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  11. Ajaloost – VAX 780 • 3. põlvkonna arvutid • mikroskeemid • pooljuhtmälud • magnetlindid • kõvakettad • terminalid • arvutivõrgud • CAD/CAE I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  12. Ajaloost – EC seeria protsessor ketasmälu printer I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  13. Ajaloost ... • 1950 – pehmeketas – Y. Nakamats • 1965 – hiir – D. Englebart • 1979 – CD • Neljanda põlvkonna arvutid • personaalarvutid, tööjaamad jne. • A Brief History of Computing http://www.ox.compsoc.net/~swhite/history/ I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  14. M500 Tänapäev • Gordon Moore seadus (1965) • kahekordistumine iga 18 kuuga • Head • jõudlus, odavus, töökindlus, energiasäästlikkus • Vead (?) • projekteerimise ja valmistamise maksumus • muutmise ja parandamise keerukus • SoC – System-on-a-Chip (kiipsüsteem) • NoC – Network-on-a-Chip (kiipvõrk) • SoP – System-on-a-Package I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  15. RAM ROM I/O DSP CPU ADC DAC siinid / loogika Arvutisüsteemid tänapäeval • Sardsüsteem = programm + mikroskeem • == [rakendus + OS] + [digitaal + analoog] • programmeerimine & digitaal-loogika & elektroonika I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  16. RAM ROM I/O DSP CPU süsteemid elektroonilised alamsüsteemid ADC DAC siinid / loogika integraal-skeemid EDA digitaal-süsteemid Digitaalsüsteem • Alamhulk süsteemidest I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  17. Baby AT (IBM, 1985) Asus a8n VMCSM02 Arvuti == mälu & protsessor • Von Neumanni arhitektuur • mälu • protsessor • juhtseade • ALU I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  18. Mälu & Protsessor ASRock K7VT4A Pro I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  19. andmed Mälu OS funktsioonid aadress andmed programm kompilaator linker 0306 0010.0011.0100.0001 aadress andmed add r3,r4,r2 0010001101000001 Protsessor PC IR 0306 2.3.4.1 RF 2r/1w ALU CU OS teegid Mälu & Protsessor . . . n=k+l; . . . I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  20. Ülesanne → algoritm → realisatsioon Neli kahend-sisendit ja -väljundit nt. 4 lülitit (S1-S4) ja 4 valgusdioodi (L1-L4) Sisendite muutumine muudab väljundeid kui S1=1 & S2=0, siis L1←1, muidu L1←0 kui S1=0 & S3↑, siis V++ (V[1]≡L2, V[0]≡L3) kui S1=1 & S2=1 & S4↓,siis L4← ┐L4 Realisatsioon – “must kast” & 4 nuppu, 4 lampi mikrokontroller & programm loogikaskeem & juhtautomaat Võimalik programm int s3p=0, s4p=0, v=0; l4=0; while (1) { if (s1&!s2) l1=1; else l1=0; if (!s1&((s3^s3p)&s3)) v++; if (v>3) v=0; l2=v/2; l3=v%2; if (s1&s2&((s4^s4p)&!s4)) l4~=l4; s3p=s3; s4p=s4; wait_100ms(); } Protsessor e. täitur muutujate salvestamine registrid operatsioonide täitmine kombinatoorsed funktsioonid operatsioonide järjestamine juhtosa Algoritm & realisatsioon I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  21. aritmeetika- loogikaseade juhtautomaat sisend/ väljund registrid Protsessor • (C)PU – (Central) Processing Unit • sisendid/väljundid (lülitid, lambid, releed, ...) • vahetulemused (nt. muutujad registrites/mälus) • töötlus- e. arvutus-sõlm (nt. aritmeetika-loogikaseade) • juhtosa (käsuloendur ja -register, juhtautomaat, ...) I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  22. Protsessor kui digitaalsüsteem The Central Processing Unit – http://courses.cs.vt.edu/~csonline/MachineArchitecture/Lessons/CPU/index.html Java Applet on RT-Level Design – http://www.pld.ttu.ee/applets/rtl/ I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  23. Projekteerimine • Programmist skeemini? • Millised käsud on olemas? • Kuidas järjestada käsud? • Mis töötleb käske? • Tulemuseks moodulid ehk struktuur-skeem • Skeemist transistorini? • Millest koosnevad moodulid? • Kuidas komponente siduda ja paigutada? • Tulemuseks trükkplaat / mikroskeem I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  24. Turg e. $$$ • Projekteerimise maksumus • projekteerimisaeg, kapitalimahutused, parandatavus • Muudatuste kõrge hind • tootmismahud, null-defekti, turusuundumused • Hind pöördvõrdeline tootmismahuga • üldotstarbelised protsessorid << ASIC << prototüübid << spetsrakendused • Rekonfigureeritavus • paindlikud tooted I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  25. Soovunelm Automatiseerimine? Tegelikkus I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  26. Kasutajaliides Operatsiooni- süsteem Pooljuhid: Si, GaAs & Co sümbolid / kümnendarvud reaalarvud Rakendus- programmid Progr. keeled Transistorid / traadid Assembler / binaarkood Loogika- elemendid Arvutisüsteem: CPU + RAM RTL: ALU & Co Loogika- funktsioonid Protsessor Abstraktsioonitasemed kahendarvud / kahendloogika I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  27. Kursuse sisu • Loengud - 40 h [ 20 x 2 ] • Harjutustunnid - 16 h [ 8 x 2 ] • Praktikumid - 16 h [ 8 x 2 ] • Kirjandus: • John F. Wakerly, “Digital Design: Principles and Practices”. • Dirk Jansen et al. (editors), “The electronic design automation handbook”. • Harri Lensen, Margus Kruus, “Diskreetne matemaatika”. • Kalle Tammemäe, “Riistvara kirjeldamiskeel VHDL”. I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  28. Kursuse sisu • L1. Sissejuhatus • L2-L3. Loogikafunktsioonid, teisendamine • L4-L7. Riistvara kirjelduskeel VHDL • Modelleerimine • L8-L12. Kombinatsioonskeemide disain • Loogikafunktsioonide süsteemid • L13-L15. Mäluga süsteemide disain • Juht- ja operatsiooni-automaadid • L16-17. Loogikaelemendid & digitaalaritmeetika • L18-L20. Kompleksed digitaalsüsteemid I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  29. Kursuse sisu • Harjutustunnid • H1-H3. Kahendloogika, avaldised ja - funktsioonid • H4. Loogikaskeemide koostamine • H5, H6. Heuristiline ja täpne minimeerimine • H7, H8. Automaadid, realiseerimine • Praktikumid • Loogikafunktsioonide modelleerimine & minimeerimine • Kombinatsioon- ja mäluga skeemide modelleerimine VHDL-s • Hindamine • Kodutöö – loogikafunktsiooni minimeerimine, realisatsioon ja modelleerimine (40%) • Praktikumide ülesannete kaitsmine (20%) • Kirjalik eksam – teoreetilised ja praktilised erineva keerukusega ülesanded, kestus 2 tundi I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  30. Lõpetuseks... • Ka see on ajalugu ... • 1899 – “Everything that can be invented has already been invented” • “Kõik, mis võimalik, on juba leiutatud” • C. H. Duell, USA Patendiameti direktor • 1943 – “I think there is a world market for maybe five computers” • “Arvan, et ilmaturg vajab ehk viit arvutit” • Thomas Watson, IBM esimees I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  31. Lõpetuseks... • 1949 – “Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons” • “Tulevikus võivad arvutid kaaluda vähem kui poolteist tonni” • ajakirja “Popular Mechanics” ennustus • 1968 – “But what ... is it good for?” • “Jah aga, … milleks see ka kõlbab?” • IBM’I insener mikroskeemi kohta (Advanced Computing Systems Division) • 1977 – “There is no reason anyone would want a computer in their home” • “Pole olemas põhjust, et keegi sooviks koju arvutit” • Ken Olson, DEC (Digital Equipment Corporation) president, esimees ja asutaja I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

  32. Koduarvuti? http://urbanlegends.about.com/library/bl_rand_home_computer.htm I207 - Digitaalloogika ja -süsteemid - L1

More Related