ΗΥ-120: Ψηφιακή Σχεδίαση

Ύλη Μαθήματος:

Φετινό Υλικό (Fall 2023):

• Εργαστήριο → → www.csd.uoc.gr/~hy120/lab/ ← ← κανονισμός, ημέρες/ώρες/τμήματα, κρατήσεις θέσεων, βαθμολογία, κλπ.

• Περιγραφή του Μαθήματος [PDF] – Εισαγωγικές Διαφάνειες Περιγραφής του μαθήματος (pdf)

• Ένα Καλωσόρισμα: Διαφάνειες 00b Φθ'23 (pdf) – Διάλεξη Φθ'20 (mp4) – Κείμενο του Φθ'19 (html) [PDF]

• Εργαστήριο 0 (27-29 Σεπ. 2023 – βδ.1) [PDF]: Επανάληψη περί Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων, γνωριμία με breadboard, LED, διακόπτες, Λογικές Πράξεις NOT, AND, OR.
  • Διαφάνειες 00c Φθ'20 (pdf): Ψηφιακά Δυαδικά και οι πράξεις λογικό-ΚΑΙ, λογικό-Ή (§0.10, 0.11)
  • Βιντεοσκοπημένη διάλεξη 00c Φθ'20: Slides 1-9 (mp4)
  • Διαφάνειες 00d Φθ'20 (pdf): Ηλεκτρικά κυκλώματα, Διακόπτες, ΚΑΙ, Ή, ΟΧΙ (§0.1-0.3, 0.8-0.11)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-3 (mp4) – Slides2-7 (mp4) (ηλεκτρισμός, AND) – Slides8-11 (mp4) (OR, NOT).
  • Διαφάνειες 00e Φθ'22 (pdf) – Πώς δουλεύουμε στο Εργαστήριο (§0.4-0.7):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-12 (mp4) (breadboard) – Slides13-17 (mp4) (LED, AND, OR ckts)

• Εργαστήριο 1 (2-6 Οκτ. 2023 – βδ.2) [PDF]: Σύνθετες Λογικές Συναρτήσεις, Πίνακες Αληθείας, XOR/parity, MUX'es, ROM.
  • Διαφάνειες 01a Φθ'23 (pdf): Πίνακες Αληθείας, Σύνθετες Συναρτήσεις, XOR, Ισοτιμία (§1.1-1.4)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 01a Φθ'20: Slides2-6 (mp4) (εισαγωγή) – Slides7-8 (mp4) (πιν. αληθείας) – Slides12-15 (mp4) (xor, xnor) – Slides15-18 (mp4) (parity, ανιχν. σφ.).
  • Διαφάνειες 01b Φθ'20 (pdf): Πολυπλέκτες, εφαρμογή σε Δίκτυα, Μνήμες - η βασική ιδέα (§1.5-1.9)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις 01b Φθ'20: Slides2-8 (mp4)(mux, τηλ.κέντρο) – Slides9-12 (mp4) (TDM, and-or) – Slides12-13 (mp4) (μνήμη εργαστ) – Slides14-20 (mp4) (Μνήμη: οργάν., muxes)
    • 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]

• Εργαστήριο 2 (9-13 Οκτ. 2023 – βδ.3) [PDF]: Αποκωδικοποιητές και Διευθύνσεις Μνήμης, Ηλεκτρονόμοι, Κωδικοποίηση και Συνδυασμοί
  • Διαφάνειες 02a Φθ'20 (pdf): Δένδρα, Διευθύνσεις, Αποκωδικοποιητές, Κώδικες, Συνδυασμοί (§2.1-2.8)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-5 (mp4)(Δένδρο, Αποκ.Δ.) – Slides6-9 (mp4)(συναρτ. αποκωδ.) – Slide10 (mp4)(προσυμφ. κώδικες) – Slides10-13 (mp4)(διαφ. κώδικες) – Slides12-15 (mp4)(πλήθος συνδ.)
  • Διαφάνειες 02b Φθ'21 (pdf): Ηλεκτρονόμοι, Αναλογικά-Ψηφιακά (§2.9-2.14)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-5 (mp4) (relays) – Slides6-10 (mp4) (relay decoder) – (αναλογικά-ψηφιακά δεν είχαμε προλάβει το Φθ'20)

• Εργαστήριο 3 (16-20 Οκτ. 2023 – βδ.4) [PDF]: Η σχέση Πολυπλεκτών - Αποκωδικοποιητών, Ανάδραση - Ταλαντωτές - Στοιχεία Μνήμης, Λογικές Πύλες, Transistors και Chips, Συνδυαστικά Κυκλώματα → Θυμηθείτε την παραλαβή των Chips σας πριν το Εργ.3, και την επιστροφή τους με το τέλος των εργαστηρίων (§3.7)
  • Διαφάνειες 03a Φθ'20 (pdf): Αμφίδρομη-Μονόδρομη Ροή, Ανάδραση-Μνήμη, Λογικές Πύλες (§3.1-3.5)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-3 (mp4) (tree mux) – Slides5-6 (mp4) (feedback) – Slides7-12(α) (mp4) Slides8-14(β) (mp4) (ασταθές, διασταθές/μνήμη) – Slides15-18 (mp4) (πύλες)
  • Διαφάνειες 03b Φθ'21 (pdf): Transistors και Πύλες CMOS, Chips Εργαστηρίου (§3.6-3.10)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slide2 (mp4) (εισαγωγή MOS) – Slides2-8 (mp4) (CMOS tech) – Slides8-10 (mp4) (inverter) – Slides11-15 (mp4) (NAND, NOR) – Slides16-20 (mp4) (προσοχή) – Slides20-21 (mp4) (συνθ. από Πιν.Αλ.)
    • 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]
    • Επιπλέον, εκτός-ύλης, προαιρετικό υλικό –μόνο γιά τους ενδιαφερόμενους: Extra 3 [PDF] - συνεισφορά Ε. Α. Νεονάκη: ταλαντωτές (oscillators)

• Εργαστήριο 4 (23-27 Οκτ. 2023 – βδ.5) [PDF]: Χάρτες Karnaugh, Άλγερβα Boole, Μνήμη RAM
  • Διαφάνειες 04a Φθ'20 (pdf): Διαγράμματα Venn - Χάρτες Karnaugh, Άλγεβρα Boole (§4.1-4.8)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-7 (mp4) (2-var Karn.) – Slide8 (α) (mp4) Slides8-12 (β) (mp4) (3-var Karn.) – Slides13-15 (mp4) (4-var Karn.) – Slides16-17 (mp4) (don't care) – Slides18-22 (mp4) (Άλγεβρα Boole)
  • Διαφάνειες 04b Φθ'21 (pdf): Πολυπλέκτες & Αποκωδικοποιητές με Πύλες και μέσα στις Μνήμες (§4.9-4.13)
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-5 (mp4) (πολυπλέκτες) – Slides6-10 (mp4) (debugging, μνήμη)

• Εργαστήριο 5 (30 Οκτ. - 3 Νοε. 2023 – βδ.6) [PDF]: Δυαδική Αρίθμηση, Αθροιστές
  • Διαφάνειες 05a Φθ'20 (pdf): Δυαδική Αρίθμηση, Οκταδικό, Δεκαεξαδικό (§5.1-5.2):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-6 (mp4) (ορισμός) – Slides7-12 (mp4) (εύρεση) – Slides13-14 (mp4) (octal-hexadecimal)
  • Διαφάνειες 05b Φθ'20 (pdf): Αλγόριθμος Πρόσθεσης, Κρατούμενα, Δυαδικοί Αθροιστές (§5.3-5.11):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-4 (mp4) (αλγόριθμος) – Slides5-10 (mp4) (ταχύτητα) – Slides11-12 (mp4) (δένδρο αθροιστών)
  • Φύλλο εργασίας [PDF] που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γιά το πείραμα 5.11 εάν σας βοηθά (συνεισφορά Ε. Νεονάκη, 2012).

• Εργαστήριο 6 (6 - 10 Νοε. 2023 – βδ.7) [PDF]: Προσημασμένοι Ακέραιοι, Προσθαφαιρέτες, FF.
  • Διαφάνειες 06a Φθ'23 (pdf): Πολλαπλασιασμός-Διαίρεση-Υπόλοιπο με δύναμη του 2, Συστροφή (§6.1-6.2):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-9 (mp4) (πολλαπλασιασμός-διαίρεση-υπόλοιπο) – Slides10-13 (mp4) (συστροφή)
  • Διαφάνειες 06b Φθ'23 (pdf): Προσημασμένοι και η Πρόσθεσή τους (§6.3-6.10):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-4 (mp4) (ιδέα, όρια) – Slides5-6 (mp4) (μετατροπές) – Slides7-8 (mp4) (2η μέθοδος, πχ.) – Slide9 (mp4) (signed addition) – Slides10-13 (mp4) (απόδειξη) – Slide14 (mp4) (παραδείγματα) – Slides15-21 (mp4) (αντίθετος, add/sub)

• Εξέταση Προόδου - Κανονισμός, Ύλη: Σάββατο 4 Νοεμβρίου 2023, ώρα 11:00 - 13:00 (τέλος βδομάδας 6). Η συμμετοχή των φοιτητών είναι υποχρεωτική κατά την έννοια ότι ο βαθμός της εξέτασης αυτής, οιοσδήποτε και αν είναι αυτός, πάντα μετράει ως το 20% του βαθμού του μαθήματος, οιασδήποτε περιόδου. Ωστόσο, δεν υπάρχει κάτω όριο βαθμολογίας γιά αυτή την εξέταση από μόνη της που να αποτελεί προϋπόθεση γιά επιτυχία στο μάθημα.

• Εργαστήριο 7 (13-18 Νοε. 2023 – βδ.8) [PDF]: Μανταλωτές, Καταχωρητές, Διφασικά Ρολόγια.
  • Διαφάνειες 07a Φθ'20 (pdf): Μανταλωτές (Latches) τύπων RS και D, Διαγράμματα Χρονισμού (§7.1-7.4):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-7 (mp4) (μανταλωτής RS) – Slides8-10 (mp4) (μαντ. D, διαγρ. χρον.)
  • Διαφάνειες 07b Φθ'20 (pdf): Καταχωρητές, Επαναχρησιμοποίηση Πόρων, Σήματα Χρονισμού (§7.5-7.8):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-6 (mp4) (αθρ. ζευγών) – Slides7-14 (mp4) (διφασικά ρολόγια)

• Εργαστήριο 8 (20-24 Νοε. 2023 – βδ.9) [PDF]: Μετρητής με Αθροιστή & Καταχωρητή, Ακμοπυροδότηση
  • Διαφάνειες 08a Φθ'20 (pdf): Μετρητής μέσω Αθροιστή & Καταχωρητή, Ακμοπυροδότηση:
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-4 (mp4) (mux, μετρητής) – Slide5 (mp4) (ακμοπυροδότητο flip-flop)
  • 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 (27 Νοε. - 1 Δεκ. 2023 – βδ.10) [PDF]: Λεωφόροι, Τρικατάστατοι, SRAM
  • Διαφάνειες 09a Φθ'20 (pdf): Πολύπλεξη μέσω Τρικατάστατων Οδηγητών, Λεωφόροι (Buses) (§9.1-9.2):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-4 (mp4) (κύκλωμα) – Slides5-8 (mp4) (multi-bit bus) – Slides(6)9-12 (mp4) (διαιτησία, επικοιν. κοινόχρ. μέσων)
  • Διαφάνειες 09b Φθ'20 (pdf): Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης (Random Access Memory - RAM) (§9.3-9.8):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-8 (mp4) (βασικά αναγν/εγγρ) – Slide9 (mp4) (εσωτ. δομή RAM chip) – Slide10 (mp4) (multichip) – Slides11-12 (mp4) (chip i/f, connections)

• Εργαστήριο 10 (4-8 Δεκ. 2023 – βδ.11) [PDF]: Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων (FSM)
  • Διαφάνειες 10a Φθ'20 (pdf): Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων (Finite State Machines - FSM) (§10.1-10.2):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-4 (mp4) (κύκλωμα, διάγρ. καταστ.)
  • Διαφάνειες 10b Φθ'20 (pdf): Παράδειγμα 1: Διαχείριση Πόρων - προτεραιότητες, κυκλική εναλλαγή (§10.3-10.4):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-9 (mp4) (τυφλός, 1:1) – Slides10-12 (mp4) (τυφλός, 2:1) – Slides13-16 (α) (mp4) Slides13-16 (β) (mp4) (χωρίς μνήμη) – Slide18 (α) (mp4) Slides17-21 (β) (mp4) (round-robin) – Slides22-25 (mp4) (WRR, 2:1)
  • Διαφάνειες 10c Φθ'22 (pdf): Παράδειγμα 2: Κώδικες Μεταβλητού Μήκους (Huffman) (§10.5-10.8):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides3-7 (mp4) (κώδικας, FSM) – Slides8-9 (mp4) (one-hot)

• Εργαστήριο 11 (11-15 Δεκ. 2023 – βδ.12) [PDF]: Ένας απλός Υπολογιστής: datapath και εντολές πράξεων
  • Διαφάνειες 11a Φθ'23 (pdf): Ένας απλός Υπολογιστής: Datapath & Εντολές Πράξεων
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-7 (mp4) (ALU) – Slides8-10 (mp4) (ACC: κύκλωμα) – Slides10-13 (mp4) (αρ. υπολογισμοί) – Slides14-18 (mp4) (εντολές, jump) – Slides19-22 (mp4) (inp, κυκλ. ελέγχου)
  • Ένας προσομοιωτής του datapath του απλού υπολογιστή του εργαστηρίου (όχι του CircuitVerse), 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

• Εργαστήριο 12 (18-21 Δεκ. 2023 – βδ.13) [PDF]: Διακλαδώσεις, pointers, ταχύτητα & κατανάλωση πυλών
  • Διαφάνειες 12a Φθ'21 (pdf): Διακλαδώσεις και Έμμεσες Προσπελάσεις (Pointers):
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-3 (mp4) (βρόχος με bne) – Slides4-5 (mp4) (εντολές διακλ.) – Slides5-10 (mp4) (διακλ., jmpx) – Slides11-13 (mp4) (δομές δεδομ.) – Slides11-18 (mp4) (ldx,addx,stx) – Slide19 (mp4) (πιν. αληθ. ελέγχου)
  • Διαφάνειες 12b Φθ'20 (pdf): Ταχύτητα και Κατανάλωση Ενέργειας των Κυκλωμάτων CMOS:
  • Βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-4 (mp4) (t=Q/I, fan-out) – Slides5-13 (mp4) (fan-in, W/L) – Slides14-16 (mp4) (μνήμες) – Slides17-21 (mp4) (καταναλ. ενέργ.)

→ Το υπόλοιπο αυτής της ιστοσελίδας είναι από το περυσινό και παλαιότερα εξάμηνα ←

Διδασκαλία με τον Προσομοιωτή CircuitVerse (Φθ'20, λόγω covid-19):

• Προσομοιωτής γιά τις Ασκήσεις Φθ'20, διαδικτυακά: circuitverse.org
• Ο Προσομοιωτής και Ασκήσεις 1 (pdf) – βιντεοσκοπημένες διαλέξεις Φθ'20: Slides2-6 (mp4) (εισαγωγικά, ασκ. 0.10-0.11) – Interactive demo (mp4) – Slides7-9 (mp4) (ασκ. 1.3-1.4) – Slides10-14 (mp4) (ασκ. 1.4b-1.9)
• Ασκήσεις 2 Προσομοιωτή (pdf) – Παρουσίαση (mp4)
• Ασκήσεις 3 Προσομοιωτή (pdf) – Παρουσίαση (mp4)
• Ασκήσεις 4 Προσομοιωτή (pdf)
• Ασκήσεις 5 Προσομοιωτή (pdf)
• Ασκήσεις 6 Προσομοιωτή (pdf)
• Ασκήσεις 7 Προσομοιωτή (pdf)
• Ασκήσεις 8 Προσομοιωτή (pdf)
• Ασκήσεις 9 Προσομοιωτή (pdf)
• Ασκήσεις 10 Προσομοιωτή: Άσκηση 10.4: κάντε "στο χαρτί" όλα όσα σας ζητά η εκφώνηση και παραδώστε τα στην αναφορά σας, και επιπλέον σχεδιάστε το κύκλωμα που προκύπτει στο CircuitVerse, χρησιμοποιώντας DflipFlop's και πύλες NOT, AND, OR (οσωνδήποτε εισόδων), και μάθετε και ελέγξτε τη λειτουργία του με όλων των ειδών τις εισόδους που αντιστοιχούν στις διάφορες συνθήκες κίνησης αυτοκινήτων. Άσκηση 10.8: κάντε όσα ζητά το Πείραμα 10.8 στο CircuitVerse, χρησιμοποιώντας DflipFlop's και πύλες NOT, AND, OR (οσωνδήποτε εισόδων), και χωρίς να παραλείψετε τον όρο (reset') από τα nS1 και nS2 που θα το κάνατε γιά απλοποίηση στο εργαστήριο. Γιά την παρακολούθηση των εξόδων A, B, C, D, της FSM αρκούν LED's, μιάς και στο CircuitVerse μπορείτε να έχετε όσες τέτοιες θέλετε. Μάθετε και ελέγξτε τη λειτουργία της FSM με πλήθος μηνυμάτων, τόσο αυτών που δίνει η εκφώνηση όσο και άλλων δικών σας.
• Άσκηση 11 Προσομοιωτή (pdf) (εκφώνηση Άσκησης 11, που αντικαθιστά φέτος το Εργ.11) – Φροντιστήριο (mp4)
• Άσκηση 12 Προσομοιωτή (pdf) (εκφώνηση Άσκησης 12, που αντικαθιστά φέτος το Εργ.12) – Φροντιστήριο (mp4)

• Θέματα Εξέτασης Β' Περιόδου Φθ'19 (Σεπτέμβριος 2020) – Εξέταση και εξ αποστάσεως λόγω covid-19.

Σελίδες Παλαιοτέρων Ετών (Previous Years):

• Φθινόπωρο 2022 (Fall 2022)
• Φθινόπωρο 2021 (Fall 2021) (full set of F'20 slides, updated, adapted back for the Lab)
• Φθινόπωρο 2020 (Fall 2020) (new slides, CircuitVerse Simulator, video-recordings)
• Φθινόπωρο 2019 (Fall 2019)
• Φθινόπωρο 2018 (Fall 2018)
• Φθινόπωρο 2017 (Fall 2017)
• Φθινόπωρο 2016 (Fall 2016)
• Φθινόπωρο 2015 (Fall 2015)
• Φθινόπωρο 2014 (Fall 2014)
• Φθινόπωρο 2013 (Fall 2013) (included video-recordings of the lectures – also on Youtube: https://goo.gl/jY4qVk)
• 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].