Αρχιτεκτονική Ηλεκτρονικών Υπολογιστών – Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με VHDL

Tίτλος του μαθήματος

Αρχιτεκτονική Ηλεκτρονικών Υπολογιστών – Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με VHDL

Κωδικός αριθμός μαθήματος

ELC105

Τύπος του μαθήματος

Υποχρεωτικό

Επίπεδο του μαθήματος

Μεταπτυχιακό

Έτος σπουδών

1^o

Εξάμηνο

1^o

Πιστωτικές μονάδες ECTS

6

Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων

Ευάγγελος Ζυγούρης, Αναπληρωτής Καθηγητής
Δημήτριος Μπακάλης, Λέκτορας

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να

Σχεδιάσει ψηφιακά κυκλώματα και συστήματα χρησιμοποιώντας τη γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL.
Απαριθμήσει τα υποσυστήματα από τα οποία αποτελείται ένα υπολογιστικό σύστημα καθώς και την διασύνδεσή τους.

Δεξιότητες

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες:

1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την αρχιτεκτονική υπολογιστών και τη σχεδίαση ψηφιακών συστημάτων.

2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων μη οικείας φύσης.

3. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων.

4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη.

5. Ικανότητα να αλληλεπιδρά με άλλους σε προβλήματα ενδό- ή δι-επιστημονικής φύσης.

Προαπαιτήσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασικές γνώσεις ψηφιακών ηλεκτρονικών και αρχιτεκτονικής υπολογιστών.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος

· Αρχιτεκτονικές συνόλου εντολών. Οργάνωση υπολογιστών. Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας: Οργάνωση, καταχωρητές, σωρός, τρόποι αναφοράς στην μνήμη, μορφή εντολών. Αριθμητική για υπολογιστές: Αριθμητική και κυκλώματα αριθμών σταθερής υποδιαστολής (fixed point). Αριθμητική και κυκλώματα αριθμών κινητής υποδιαστολής, (floating-point). Σχεδίαση κεντρικής μονάδας επεξεργασίας. Μικροπρογραμματισμός. Μνήμη: Οργάνωση, κατηγορίες μνήμης, ιεραρχία μνήμης, κρυφή και ιδεατή μνήμη. Pipeline αριθμητικής και εντολών. Είσοδος/Έξοδος: Οργάνωση, σύγχρονη και ασύγχρονη επικοινωνία, διακοπές, DMA, μονάδες διασύνδεσης.

· Επεξεργαστές CISC Επεξεργαστές RISC: Παραδείγματα, συγκριτική παρουσίαση, υπέρ και κατά. Πολυεπεξεργαστές: Διατάξεις, οργάνωση, προγραμματισμός.

· Εισαγωγή στη γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL. Λογική σχεδίαση κυκλωμάτων, περιγραφή και εξομοίωσή τους με χρήση της VHDL και του Quartus II της ALTERA.

· Εργαστηριακή εξάσκηση: Σχεδίαση και περιγραφή σε γλώσσα VHDL μίας πολύ απλής κεντρικής μονάδας επεξεργασίας. Υλοποίηση με χρήση της εκπαιδευτικής /αναπτυξιακής κάρτας DE2 της Altera.

Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη

· J. Carpinelli, Computer Systems Organization & Architecture, Addison Wesley, 2001.

· D. Patterson & J. Hennessy, Computer Organization and Design, Morgan Kaufmann, 2005.

· J. Hamblen, T. Hall & M. Furman, Rapid Prototyping of Digital Systems (SoPC edition), Springer, 2008.

· S. Brown & Z. Vranesic, Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με τη γλώσσα VHDL, Τζιόλας, 2001.

· D. Patterson & J. Hennessy, Οργάνωση και Σχεδίαση Υπολογιστών, Η διασύνδεση Υλικού και Λογισμικού,3η έκδοση, Κλειδάριθμος, 2006.

· D. Patterson & J. Hennessy, Αρχιτεκτονική Υπολογιστών,3η έκδοση, Τζιόλας, 2008.

· Ε. Ζυγούρης, Σχεδίαση Ψηφιακών Κυκλωμάτων με χρήση της VHDL, Εργαστηριακές Ασκήσεις, Εργαστήριο Ηλεκτρονικής, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Πατρών, 2008.

· Στ. Σουραβλάς & Μ. Ρουμελιώτης, Ψηφιακά Συστήμάτα, Μοντελοποίηση και Προσομοίωση με τη γλώσσα VHDL, Τζιόλας, 2008.

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Παραδόσεις με χρήση παρουσιάσεων σε MS Powerpoint, φροντιστήρια για επίλυση προβλημάτων σχεδίασης, εργασία σχεδίασης ψηφιακού συστήματος σε ομάδες των δύο, πρακτική εξάσκηση στους υπολογιστές.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης

1) Παράδοση εργασίας σχεδίασης ψηφιακού συστήματος από ομάδες των δύο φοιτητών (30% του τελικού βαθμού)

2) Εξέταση στο εργαστήριο (30% του τελικού βαθμού)

3) Γραπτή εξέταση (40% του τελικού βαθμού)

Γλώσσα διδασκαλίας

Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.

Tίτλος του μαθήματος	Αρχιτεκτονική Ηλεκτρονικών Υπολογιστών – Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με VHDL
Κωδικός αριθμός μαθήματος	ELC105
Τύπος του μαθήματος	Υποχρεωτικό
Επίπεδο του μαθήματος	Μεταπτυχιακό
Έτος σπουδών	1^o
Εξάμηνο	1^o
Πιστωτικές μονάδες ECTS	6
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων	Ευάγγελος Ζυγούρης, Αναπληρωτής Καθηγητής Δημήτριος Μπακάλης, Λέκτορας
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να Σχεδιάσει ψηφιακά κυκλώματα και συστήματα χρησιμοποιώντας τη γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL. Απαριθμήσει τα υποσυστήματα από τα οποία αποτελείται ένα υπολογιστικό σύστημα καθώς και την διασύνδεσή τους.
Δεξιότητες	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες: 1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την αρχιτεκτονική υπολογιστών και τη σχεδίαση ψηφιακών συστημάτων. 2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων μη οικείας φύσης. 3. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων. 4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη. 5. Ικανότητα να αλληλεπιδρά με άλλους σε προβλήματα ενδό- ή δι-επιστημονικής φύσης.
Προαπαιτήσεις	Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασικές γνώσεις ψηφιακών ηλεκτρονικών και αρχιτεκτονικής υπολογιστών.
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος	· Αρχιτεκτονικές συνόλου εντολών. Οργάνωση υπολογιστών. Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας: Οργάνωση, καταχωρητές, σωρός, τρόποι αναφοράς στην μνήμη, μορφή εντολών. Αριθμητική για υπολογιστές: Αριθμητική και κυκλώματα αριθμών σταθερής υποδιαστολής (fixed point). Αριθμητική και κυκλώματα αριθμών κινητής υποδιαστολής, (floating-point). Σχεδίαση κεντρικής μονάδας επεξεργασίας. Μικροπρογραμματισμός. Μνήμη: Οργάνωση, κατηγορίες μνήμης, ιεραρχία μνήμης, κρυφή και ιδεατή μνήμη. Pipeline αριθμητικής και εντολών. Είσοδος/Έξοδος: Οργάνωση, σύγχρονη και ασύγχρονη επικοινωνία, διακοπές, DMA, μονάδες διασύνδεσης. · Επεξεργαστές CISC Επεξεργαστές RISC: Παραδείγματα, συγκριτική παρουσίαση, υπέρ και κατά. Πολυεπεξεργαστές: Διατάξεις, οργάνωση, προγραμματισμός. · Εισαγωγή στη γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL. Λογική σχεδίαση κυκλωμάτων, περιγραφή και εξομοίωσή τους με χρήση της VHDL και του Quartus II της ALTERA. · Εργαστηριακή εξάσκηση: Σχεδίαση και περιγραφή σε γλώσσα VHDL μίας πολύ απλής κεντρικής μονάδας επεξεργασίας. Υλοποίηση με χρήση της εκπαιδευτικής /αναπτυξιακής κάρτας DE2 της Altera.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη	· J. Carpinelli, Computer Systems Organization & Architecture, Addison Wesley, 2001. · D. Patterson & J. Hennessy, Computer Organization and Design, Morgan Kaufmann, 2005. · J. Hamblen, T. Hall & M. Furman, Rapid Prototyping of Digital Systems (SoPC edition), Springer, 2008. · S. Brown & Z. Vranesic, Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με τη γλώσσα VHDL, Τζιόλας, 2001. · D. Patterson & J. Hennessy, Οργάνωση και Σχεδίαση Υπολογιστών, Η διασύνδεση Υλικού και Λογισμικού,3η έκδοση, Κλειδάριθμος, 2006. · D. Patterson & J. Hennessy, Αρχιτεκτονική Υπολογιστών,3η έκδοση, Τζιόλας, 2008. · Ε. Ζυγούρης, Σχεδίαση Ψηφιακών Κυκλωμάτων με χρήση της VHDL, Εργαστηριακές Ασκήσεις, Εργαστήριο Ηλεκτρονικής, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Πατρών, 2008. · Στ. Σουραβλάς & Μ. Ρουμελιώτης, Ψηφιακά Συστήμάτα, Μοντελοποίηση και Προσομοίωση με τη γλώσσα VHDL, Τζιόλας, 2008.
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι	Παραδόσεις με χρήση παρουσιάσεων σε MS Powerpoint, φροντιστήρια για επίλυση προβλημάτων σχεδίασης, εργασία σχεδίασης ψηφιακού συστήματος σε ομάδες των δύο, πρακτική εξάσκηση στους υπολογιστές.
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης	1) Παράδοση εργασίας σχεδίασης ψηφιακού συστήματος από ομάδες των δύο φοιτητών (30% του τελικού βαθμού) 2) Εξέταση στο εργαστήριο (30% του τελικού βαθμού) 3) Γραπτή εξέταση (40% του τελικού βαθμού)
Γλώσσα διδασκαλίας	Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.