CESR 2021-22 - přehled látky ke zkoušce
Statické a dynamické parametry signálů v logických obvodech. Vliv signálu a parazitních kapacit na příkon. Převodní a výstupní charakteristiky log. členů, hystereze a její využití.
Součástky pro číslicovou techniku v technologii CMOS. Statická logika – zapojení invertoru a jednoduchých log. obvodů, vytvoření hystereze, odběr z rozvodu napájení. Vliv zátěže, nevyužité vstupy. Zpoždění v součástkách a ve spojích.
Spínače CMOS a jejich využití v log. součástkách. Zapojení spínače, využití pro realizaci multiplexeru, obvodu neekvivalence (EX-OR) a ekvivalence.
Dynamické log. obvody. Činnost, vlastnosti, výhody a nevýhody – problém s návazností dalších dyn. obvodů. Logika DOMINO.
Třístavové členy a členy s otevřeným kolektorem - vlastnosti, použití – budiče sběrnice, přepínače signálů. Zakončení vedení, terminátory.
Kombinační obvody. Základní i odvozená pravidla Booleovy algebry. DeMorganovy zákony a jejich význam. Popis log. funkce pravdivostní tabulkou, výrazem, mapou. Součtová forma a odpovídající log. obvod. Neurčené stavy.
Minimalizace funkce z tabulky, z mapy, z výrazu. Principy metod vhodných pro počítač – Espresso.
Přechodné děje v kombinačních obvodech. Zpoždění a hazardy. Vznik hazardu a jeho nalezení - rozborem obvodu, výrazu, z mapy. Projevy hazardů v číslicových systémech, metody odstranění falešných impulsů. Dynamický hazard. Grayův kód a jeho význam. Změny více proměnných, souběhy signálů.
Návrh komb. obvodů - cena, složitost, význam minimalizace. Realizace komb. funkce pamětí. Skupina funkcí. Rozklad funkce (Shannon) a využití multiplexerů. Základní kombinační funkční bloky - dekodér, multiplexer, komparátor, prioritní kodér a prioritní řetězec, sčítačka/odčítačka, atd. Popis log. výrazem, náchylnost k hazardům.
Klopné obvody, základní zapojení a funkce obvodu D se spínači. Vysvětlení metastability. Klopný obvod Master-Slave, funkce. Reakce klopných obvodů na hladinu a na hranu CLK. Klopné obvody T, JK, RS – funkce, metastabilita. Nastavení počátečního stavu KO, blokování činnosti KO. Transformace KO - z D na T, na T/D, aj..
Registry, datové a posuvné. Posuvy o větší počet míst na obě strany, využití spínačů. Posuvné registry se zpětnou vazbou, lineární čítače, generace náhodných čísel.
Čítače asynchronní a synchronní, binární a modulo. Čítače s předvolbou. Návrh čítačů v kódu binárním, modulo, Gray. Dělič kmitočtu. Reverzivní čítače, čítače se saturací.
Časovací obvody. Zkrácení, prodloužení a stabilizace délky impulsu. Využití zpoždění hradel, možnosti dolaďování časů. Funkce MKO-NR a MKO-R. Synchronní časovače, využití čítačů. Synchronní detektory hrany – náběžné, doběžné, obou. Impulsně-šířkový modulátor (PWM) – princip, funkce, význam. Principy oscilátorů - relaxačních a harmonických.
Sekvenční obvody synchronní. Přechodová a výstupní funkce, Mealyho a Mooreho automatu. Popis stavovým grafem, stavovou tabulkou, soustavou podmínek přechodů. Neurčené stavy a jejich projevy. Nastavení počátečního stavu (RESET) – různé možnosti. Analýza sekv. obvodu (od schématu k tabulce či grafu). Návrh synch. sekv. obvodů - kódování stavů, výběr KO, návrh budicích funkcí.
Časování signálů v sekvenčních obvodech. Max. kmitočet hodinových impulsů, časování vstupních a výstupních signálů, předstih a přesah pro celý systém. Možnost vzniku falešných výstupních impulsů. Vliv zpoždění v rozvodu CLK (skew) a nestability hran CLK (jitter).
Sekvenční obvody asynchronní. Problém hazardů a souběhů. "Burst-Mode" automaty, klopný obvod C ("C-element") a jeho využití.
Rozsáhlé systémy. Rozdělení na funkční bloky. Uspořádání do řetězce – "pipeline", vedení signálů přes registry. Zrychlení vlivem řetězce. Předávání dat mezi nesynchronními systémy. Dvojitý vzorkovač, jeho činnost a spolehlivost v závislosti na periodě CLK. Problém souběhů signálů a jeho řešení, provoz dotaz-odpověď ("handshake") – protokoly "push", "pull". Asynchronní řetězce, řadič a jeho funkce.
Paměti. Paralelní a sériový přístup. SRAM - vnitřní uspořádání, ovládání. DRAM, SDRAM - vnitřní uspořádání, ovládání, obnovování obsahu, práce po stránkách, latence. Paměti EEPROM a FLASH, programování obsahu a mazání u EEPROM a FLASH. Paměti FLASH „NOR“ a „NAND“. Speciální typy pamětí - FIFO, dvojbránová.
Programovatelné obvody. Princip obvodů CPLD a FPGA.
Literatura: Texty a doplňky v síti
29.12.2021 prof. Pinker, KEI