Subject » BMEVIIIBV05
Basics of Digital Design
Digitális technika alapjai
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Subject name (Hungarian, English) |
Digitális technika alapjai
Basics of Digital Design
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Subject code | BMEVIIIBV05 | ||||||||||||
| Subject type | — | ||||||||||||
| Training Level | — | ||||||||||||
| Course types and hours (weekly/semester) |
|
||||||||||||
| Assessment type | félévközi érdemjegy | ||||||||||||
| Credits | 4 | ||||||||||||
| Subject coordinator |
DR. Pilászy György
position: egyetemi docens
contact:
pilaszy.gyorgy@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Responsible department |
Irányítástechnika és Informatika Tanszék
|
||||||||||||
| Faculty | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Subject website | — | ||||||||||||
| Primary curriculum type | — | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Strong prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Weak prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Parallel prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Milestone prerequisite | none | ||||||||||||
| Direct prerequisites – Exclusion | none |
Objectives
Programme
A
logikai feladat és a logikai tervezés fogalma. Az analóg és digitális
jelfeldolgozás lényege és összehasonlításuk. A logikai rendszer, mint a
digitális eszközök elvi absztrakciója. A Boole-algebra alkalmazása a
működés leírására. Számábrázolási módok és az aritmetikai műveletekre
gyakorolt hatásuk.
A kombinációs és a sorrendi logikai rendszerek ill. hálózatok lényege, a működés modellje és az alapvető leképezések tulajdonságai. A kombinációs rendszerek leírása igazságtáblával, logikai függvény fogalmának bevezetése, diszjunktív és konjunktív normálalakok felírása az igazságtábla alapján.
Elemi kombinációs hálózatok, kapuk, építőelemek működésének leírása logikai függvényekkel. Az elvi logikai rajz és a kapcsolási terv bemutatása. A legegyszerűbb kétszintű felépítés és a logikai függvények minimalizálásának kapcsolata. A diszjunktív és konjunktív, valamint az algebrai minimálalakok fogalma.
Logikai függvények grafikus minimalizálása Karnaugh-tábla segítségével. A prímimplikáns fogalma. A diszjunktív és a konjunktív minimálalakok felírása a Karnaugh-táblából közvetlenül. Megkülönböztetett mintermek és lényeges prímimplikánsok bemutatása.
Az optimális lefedés szükségességének bemutatása. Az optimális lefedés algoritmusa logikai segédfüggvény felírása révén (Petrick-módszer). A közömbös (don’t care) értékek kezelése. Többkimenetű kombinációs hálózatok minimalizálásának alapgondolata.
A szimmetrikus logikai függvények tulajdonságainak bemutatása. A minimalizálás nehézségeinek és néhány gyakorlati megoldásnak a szemléltetése. Kanonikus szimmetrikus függvények.
A kombinációs rendszerek tranziens viselkedése. A jelkésleltetések okai és összetevői. Statikus, dinamikus és funkcionális hazárdjelenségek és kiküszöbölési módjaik. A legegyszerűbb kétszintű hazárdmentes felépítés tervezése.
A sorrendi rendszerek csoportosítása működési elv (aszinkron, szinkron) és modell (Mealy és Moore) szerint. A sorrendi leképezések leírása állapot tábla és állapotgráf segítségével. A működés kiolvasása az állapot táblából adott bemeneti kombináció sorozat esetén. Az elemi sorrendi hálózatok (flip-flopok) jellemzése alapot táblával és állapot gráffal. A karakterisztikus egyenletek képzése SR, JK, T, DG és D flip-flop esetén. Adott flip-flop felépítése más típusú flip-flop felhasználásával. A vezérlési tábla kitöltésének módszere. A szinkronizációs feltételek biztosításához szükséges követelmények.
A szinkron sorrendi hálózatok tervezési lépéseinek bemutatása a soros összeadó példáján (állapotok definíciója előzetes, összevont és kódolt állapot tábla, vezérlési tábla). A vezérlő kombinációs hálózat egyenleteinek felírása. Moore-modell tervezése. Szinkron sorrendi hálózatok állapotkódolási módszerei (szomszédos kódolás, önfüggő szekunderváltozó-csoportok keresése).
Az aszinkron sorrendi hálózatok tervezési lépéseinek bemutatása a D flip-flopot megvalósító aszinkron hálózat példáján (stabil és instabil állapotok felvétele, az előzetes állapot tábla felvételekor betartandó szabályok, összevont állapottábla).
Az állapotkódok által létrehozható hazárdjelenség (kritikus versenyhelyzet) és kiküszöbölésének lehetősége szomszédos kódolással. A lényeges hazárd fogalma, vizsgálata és kiküszöbölése. Unger-tétel. Az órajel-elcsúszás (rendszer hazárd) jelenségének bemutatása szinkron hálózatokban egyszerű elvezérelt D flip-flipok alkalmazása esetén. A master-slave működésű flip-flop bemutatása. Az órajel-elcsúszás hatásának kiküszöbölése céljából szükséges data-lock-out működésű flip-flop bemutatása és felépítése két egyszerű élvezérelt flip-flop felhasználásával.
Aszinkron sorrendi hálózatok állapotkódolási módszereinek bemutatása és gyakorlása (instabil állapotok módosítása, átvezető állapotok beiktatása).
Szinkron flip-flopok osztályozása az órajelhez viszonyított működés alapján (élre billenő, master-slave, data-lock-out flipflopok). JK master-slave flip-flop megvalósítása aszinkron SR flip-flopokból. A master-slave működés feltételeinek indoklása.
Léptetőregiszterek és latch áramkörök.
Funkcionális áramkörök tervezése MSI áramkörök felhasználásával. Számlálók megvalósítása sorrendi hálózattal, illetve a szinkron és aszinkron működési elvű számlálók.
BCD számláló, mint a számlálási ciklus rövidítése. Kimeneti tranziensek bináris számlálók kimenetén. Hazárdmentes számlálók.
Bináris aritmetikai alapműveletek. Egyes és kettes komplemens számábrázolás. Teljes összeadókból felépülő összeadó/kivonó. Az átvitelképzés gyorsítása: carry-look-ahead típusú összegző
ALU megvalósítása összegző felhasználásával. BCD számok összeadása.
Komparátorok. A paritás fogalma, egyszerű és összetett paritás generálása. Multiplexerek, demultiplexerek, kódoló és átkódoló áramkörök.
PAL, PLA, FPGA elemek funkcionális felépítése.
Főbb memóriatípusok (RAM, ROM, EPROM)
A tárgy
rendeltetése, hogy megadja mindazokat a hardware rendszertechnikai
alapismereteket, amelyek a digitális berendezések logikai tervezési
szintjén szükségesek.
A tantárgy tematikája:
1. Kombinációs hálózatok
· Igazságtábla-felvétel, Karnaugh-tábla felvétel szöveges feladat alapján
· Boole algebrai alakok (kanonikus algebrai alak, számjegyes alakok)
· Legegyszerűbb diszjunktív alakok, prímimplikánsok
· Legegyszerűbb konjunktív normálalakok, prímimplikánsok
· Hazárdok, hazárdmentes alakok előállítása
· Hazárd keresése logikai rajzzal adott hálózatokban
· Logikai függvény megvalósítása adott építőelemmel
2. Sorrendi tervezés
· Elemi sorrendi hálózatok (flip-flopok)
· Aszinkron állapottábla felvétel (szöveges feladatból/idődiagramból)
· Szinkron állapottábla felvétel (szöveges feladatból/idődiagramból)
· Állapot összevonás
· Állapot kódolás
· Szinkron hálózat analízise rajz alapján
· Sorrendi hálózatok analízise, hazárdok (kritikus versenyhelyzet, lényeges hazárd, órajel-elcsúszás)
3. MSI-alkalmazástechnika
· Aritmetikai egység (összeadás, kivonás), elemi műveletvégző tervezése
· Számlálók (adott számsor előállítása, adott kapcsolás vizsgálata)
· Léptető regiszterek
· Nagy integráltságú kombinációs hálózatok (PAL, PLA, FPGA)
· Főbb memóriatípusok
Learning outcomes
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Knowledge
No learning outcomes recorded.
Skills
No learning outcomes recorded.
Attitudes
No learning outcomes recorded.
Autonomy and responsibility
No learning outcomes recorded.
Oktatási módszertan
Heti 4 óra előadás
Tanulástámogató anyagok
Not provided.
Recommended preliminary knowledge for completing the subject
Knowledge type competencies
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Skill type competencies
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Recommended (non-compulsory) preliminary competencies
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
nincs
General rules
Követelmények:
Az előadások legalább 70 %-ának látogatása.
a. A szorgalmi időszakban: Rendszeres készülés az órákra. A hallgatók 2 nagyzárthelyit írnak, a félévközi jegy a két zárhelyi együttes eredménye alapján kerül megállapításra.
A kreditpont megszerzésének feltétele legalább elégséges félévközi osztályzat elérése.
b. A vizsgaidőszakban: - c. Elővizsga: -
Pótlási lehetőségek:
nincs.
Assessment methods
In-term assessments
No detailed assessments provided.
Weight of in-term assessments
No weights provided.
Exam-period assessments
No detailed assessments provided.
Weight of exam elements
No weights provided.
Grade calculation
No grade thresholds provided.
Attendance requirements
No attendance requirements provided.
Rules for retake and resubmission
Not provided.
Short description
Not provided.
Detailed description
Not provided.
Recommended courses
Ajánlott:
Tematikaütközés
miatt a tárgyat nem vehetik fel a Villamosmérnöki alap- és
mesterképzés, valamint a Mérnökinformatikus alap- és mesterképzés
hallgatói.
Workload to complete the subject
No workload breakdown provided.
Validity of subject requirements
Requirements valid from:
—
Requirements valid until:
—
Curriculum placement
No curriculum placements recorded for this subject version.