Языки описания схем

Актуальность информации: осенний семестр 2023/2024 учебного года.

Обязательный курс для студентов группы 518мк_дус. Курс проводит Подымов В.В.

Материалы занятий

Лекции

Блок 1. Организационные вопросы.

Блок 2. Вспоминаем дискретную математику: булевы функции, булевы формулы, схемы из функциональных элементов.

Блок 3. Как устроена цифровая аппаратура. Немного физики: как схемы из функциональных элементов связаны с реальным миром.

Блок 4. Логические вентили. Комбинационные схемы.

Блок 5. Вспоминаем дискретную математику: схемы из функциональных элементов с задержкой.

Блок 6. Комбинационные схемы с обратной связью. Основные триггеры.

Блок 7. Ещё несколько слов о сигналах: активный уровень, передний фронт, задний фронт, такт.

Блок 8. Ещё несколько слов о триггерах: синхронные триггеры, асинхронные триггеры, типичные входы триггеров.

Блок 9. Последовательные схемы.

Блок 10. Шины. Регистры. Уровень регистровых передач (RTL).

Блок 11. Verilog: общие вступительные слова.

Блок 12. Verilog: несхемный "Hello, World!".

Блок 13. Verilog: схемный "Hello, World!".

Блок 14. Verilog: схемный "Hello, World!" с картинками (диаграммами сигналов).

Блок 15. Verilog: логические значения.

Блок 16. Verilog: арифметическая трактовка значений, знаковость типов и значений, расширение и сужение шин.

Блок 17. Verilog: константы.

Блок 18. Verilog: комбинационные выражения и операции.

Блок 19. Verilog: примеры комбинационных схем с непрерывным присваиванием.

Блок 20. Verilog: как на самом деле устроена симуляция.

Блок 21. Verilog: основные виды процессов.

Блок 22. Verilog: основные процедурные команды и использование задержек.

Блок 23. Verilog: поддерживаемое использование постоянной процедуры.

Блок 24. Verilog: синтаксический сахар и ещё несколько возможностей языка.

Блок 25. Вспоминаем дискретную математику: автоматы.

Блок 26. Соответствие между автоматами и схемами.

Блок 27. Пара слов о символьных автоматах.

Блок 28. Verilog: типовая реализация автомата.

Блок 29. Хороший и плохой код. Данные и управление. Операционный и управляющий автоматы.

Блок 30. Как спроектировать операционный автомат.

Блок 31. Как дополнить операционный автомат управляющим.

Блок К1. Кое-что ещё: протоколы передачи данных, общее описание протокола UART.

Блок К2. Кое-что ещё: схемная реализация передатчика UART, автоматы с таймерами.

Блок К3. Кое-что ещё: схемная реализация приёмника UART.

Блок К4. Кое-что ещё: классификация протоколов передачи данных.

Блок К5. Кое-что ещё: SPI для двух устройств.

Материалы будут обновляться по мере проведения занятий.

Упражнения

Упражнения 1. Разработка комбинационных и последовательных схем.

Упражнения 2. Verilog, основы.

Упражнения 3. Verilog: параметры, массивы, блоки генерации.

Упражнения 4. Автоматы.

Упражнения 5. Verilog: операционный и управляющий автоматы.

Материалы будут обновляться по мере проведения занятий.

Прошлогодние

Блок 11. Verilog: от логических значений до комбинационных схем.

Блок 12. Verilog: основы программной симуляции.

Практический блок 2. Verilog и непрерывное присваивание.

Блок 13. Verilog: синтезируемость кода

Блок 14. Verilog: ещё пара слов о процедурных командах.

Блок 15. Verilog: аппаратная семантика постоянной процедуры.

Практический блок 3. Verilog и процедуры.

Блок 16. Вспоминаем дискретную математику: автоматы.

Блок 17. Автоматы и синхронные схемы.

Блок 18. Пара слов о символьных автоматах.

Практический блок 4. Автоматы.

Блок 19. Verilog: немного синтаксического сахара.

Практический блок 5. Verilog и продвинутый синтаксис: параметры, массивы, генерация.

Блок 20. Verilog: как реализовать автомат.

Блок 21. "Грамотная" разработка схем. Данные и управление. Операционный и управляющий автоматы.

Блок 22. Как спроектировать операционный автомат.

Блок 23. Как дополнить операционный автомат управляющим.

Блок 24. Как уменьшить автомат. Автоматы с таймерами.

Практический блок 6. Операционный и управляющий автоматы в Verilog.

Кое-что ещё 1. Протоколы передачи данных. Общее описание протокола UART.

Кое-что ещё 2. Схемная реализация протокола UART.

Кое-что ещё 3. Классификация протоколов передачи данных.

Кое-что ещё 4. Протокол SPI для двух устройств.

Кое-что ещё 5. Протокол SPI для произвольного числа устройств. Состояние высокого импеданса.

Условия получения зачёта

(Cм. слайды "Блок 1") Для получения зачёта достаточно в срок сдать решения четырёх заданий, которые будут выдаваться по мере проведения занятий. Если хотя бы одно решение не сдано в срок, то для получения зачёта потребуется выполнить особое штрафное задание.

Литература

Основная

• Harris, Harris. Digital Design and Computer Architecture, 2nd Edition. Elseveir. 2013.
  • Перевод: "Харрис, Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. ДМК Пресс. 2018."
  • В сети в открытом доступе лежат и другие версии перевода (не выпущенные официально в печать).
• Thomas, Moorby. The Verilog Hardware Description Language, 5th Edition. Springer. 2008.

Дополнительная

• Hennesy, Patterson. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, 5th Edition. Morgan Kaufmann. 2013.
• Palnitkar. Verilog HDL, 2nd Edition. 2003.
• Vahid. Digital Design with RTL Design, VHDL, and Verilog, 2nd Edition. Wiley. 2010.