TEORIA AUTOMATÓW

TEORIA AUTOMATÓW
Uzupełniające Studia Magisterskie
Prowadzący: dr inż. Halina Kamionka-Mikuła ([email protected])
Rozkład:
Semestr
W
Ćw
Lab
Proj
Sem
Egz
1
1
1
2
2
+
Celem przedmiotu jest przedstawienie podstaw teoretycznych oraz metod
Cel:
syntezy i analizy układów cyfrowych z uwzględnieniem zagadnień dynamiki.
Zagadnienia podstawowe. Synteza i analiza układów cyfrowych. Typowe
Opis:
układy cyfrowe.
Algebra Boole`a, bramka, przerzutnik, blok funkcjonalny, układ
Słowa
kombinacyjny, asynchroniczny układ sekwencyjny, synchroniczny układ
kluczowe:
sekwencyjny, struktura Moore`a, struktura Mealy, hazard, wyścig
Wykład:
Zagadnienia podstawowe: algebra Boole`a, układ cyfrowy, podstawowe układy kombinacyjne,
realizacje stykowe i bezstykowe, symbole logiczne, system funkcjonalnie pełny, kody,
minimalizacja wyrażeń logicznych, zjawisko hazardu, podstawowe układy sekwencyjne.
Synteza i analiza układów cyfrowych: synteza układów kombinacyjnych, synteza układów
iteracyjnych, analiza układów kombinacyjnych, synteza asynchronicznych układów
sekwencyjnych, zjawiska wyścigu, synteza synchronicznych układów sekwencyjnych, synteza
układów mikroprogramowanych, synteza układów z uzależnieniami czasowymi, analiza
układów sekwencyjnych. Typowe układy cyfrowe: rejestry, liczniki, komutatory, konwertery
kodów, pamięci, programowane zespoły logiczne.
Ćwiczenia:
Ćwiczenia tablicowe obejmują ilustrację zadaniową i projektową uzupełniającą tematykę
wykładów.
Warunki zaliczenia i egzamin:
Zaliczenie ćwiczeń tablicowych na podstawie obecności i aktywności na ćwiczeniach oraz
uzyskanych pozytywnych ocen z dwóch sprawdzianów. Zaliczanie laboratorium na podstawie
wykonania wszystkich przewidzianych programem ćwiczeń laboratoryjnych, pozytywnie
ocenionych sprawozdań oraz uzyskanych pozytywnych ocen z pisemnych sprawdzianów
dotyczących każdego ćwiczenia. Egzamin – w formie pisemnej i ustnej.
Metody nauczania:
Wykład uzupełniony pokazami audiowizualnymi, ćwiczenia tablicowe obejmują ilustrację
zadaniową i projektową uzupełniającą tematykę wykładu.
Laboratorium obejmuje projektowanie, konfigurowanie (montaż) i uruchamianie różnych klas
układów cyfrowych ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk występujących w stanach
nieustalonych.
Literatura podstawowa:
Kamionka-Mikuła H., Małysiak H., Pochopień B.: Układy cyfrowe. Teoria i przykłady. PKJS,
Gliwice 2004.
Literatura uzupełniająca:

Praca zbiorowa pod red. H.Małysiaka i B.Pochopienia: Układy cyfrowe. Zadania. WP Śl.,
Gliwice 2002.

Praca zbiorowa pod red. H.Małysiaka: Teoria automatów cyfrowych. Laboratorium.
WPŚl., Gliwice 2002.
1/
1
Laboratorium:

Nazwa laboratorium: Laboratorium Teorii Automatów

Ogólna charakterystyka - cel:
Praktyczne ćwiczenia w zakresie zarówno projektowania, budowy, uruchamiania
i testowania układów cyfrowych, jak również ich analizy pod względem występowania
zjawisk spowodowanych opóźnieniami elementów i eksperymentalnego badania wpływu
tych zjawisk na poprawność realizacji wymaganego programu tych układów.
Laboratorium obejmuje tematykę: opis układów cyfrowych, elementy przełączające,
schematy logiczne, minimalizacja wyrażeń logicznych, synteza i analiza układów
kombinacyjnych, typowe układy kombinacyjne, realizacja funkcji w oparciu o komutatory,
synteza asynchronicznych układów sekwencyjnych, zastosowanie przerzutników
asynchronicznych, zjawiska - hazard, wyścig i hazard zasadniczy, układy synchroniczne
budowane w strukturze szytej i mikroprogramowanej.

Wykaz ćwiczeń:
1. Układy kombinacyjne - realizacja w oparciu o bramki i uruchamianie,
z uwzględnieniem zależności czasowych,
1. Elementarne automaty sekwencyjne - badanie przerzutników asynchronicznych
i synchronicznych z różnym sposobem wyzwalania,
2. Układy sekwencyjne asynchroniczne, synteza i uruchamianie układów,
3. Dynamika układów cyfrowych: badanie skutków opóźnień elementów przy przejściach,
przy których wykryto hazard, wyścig lub hazard zasadniczy,
4. Sekwencyjne układy synchroniczne: projektowanie i uruchamianie układów,
5. Rejestry i liczniki - synteza i badanie układów,
6. Wybrane układy arytmetyczne - synteza i uruchamianie układów,
7. Realizacja układów z zastosowaniem elementów średniej i dużej skali integracji:
komutatorów, programowanych zespołów logicznych,
8. Mikroprogramowane układy sekwencyjne: projektowanie, realizacja oraz uruchamianie
układów mikroprogramowanych o różnych strukturach,
9. Elementy projektowania automatów wspomaganego komputerem.
Wykaz literatury
[1] Praca zb. pod red. Henryka Małysiaka "Teoria Automatów Cyfrowych - Laboratorium",
WPŚl. (Wyd. Pol. SI.)2002r.
[2] H. Kamionka-Mikuła, H. Małysiak, B. Pochopień “Układy cyfrowe – teoria i przykłady”
WPKJS, wydanie VI-uzupełnione, Gliwice, 2004)
Nr ćw. Tematyka ćwiczeń
ćw. 1
Kombinacyjne
automaty
Konwertery kodów.
obowiązujący zakres:
cyfrowe.
[1] str.: 7-41. 167- 190.
Układy z zależnościami czasowymi
ćw. 3
Elementarne automaty sekwencyjne
[1] str.: 41-62
ćw. 4
Asynchroniczne automaty sekwencyjne
[1] str.: 63-101, 167-196.
ćw. 5
Synchroniczne automaty sekwencyjne
[1] str.: 102-129
ćw. 6
Wybrane układy arytmetyczne
[1] str.: l30-148
ćw. 7
Dynamika układów cyfrowych
[1] str.: l49-166
2/
1
Nr ćw. Tematyka ćwiczeń
obowiązujący zakres:
ćw. 9 i Rejestry i liczniki
[1] str.:l97-237
10
ćw. 11 Realizacja automatów cyfrowych
[1] str.: 238-278.
z zastosowaniem układów scalonych
średniej i dużej skali integracji
ćw. 12 Elementy komputerowo wspomaganego
projektowania automatów cyfrowych
[2] “Układy cyfrowe-teoria i
przykłady” str.: 31-76
oraz
programy:
kaz-wiz.zip, quinwiz.zip w witrynie internetowej:
http://zeus.polsl.gliwice.pl/~hkm/
ćw. 14 Mikroprogramowane sekwencyjne
[1] str.: 309-336
automaty cyfrowe
Literatura uzupełniająca
[3] B.Pochopień "Arytmetyka systemów cyfrowych", WPŚl. Gliwice 2003,
[4] Praca zbiorowa pod redakcją H. Małysiaka i B. Pochopienia, Układy cyfrowe – Zadania”,
wydanie III WPŚl. Gliwice 2002.


Zespól prowadzący zajęcia i kierownik laboratorium
dr inż. Halina Kamionka-Mikuła – kierownik,
dr inż. Henryk Małysiak
mgr inż. Tomasz Podeszwa,
mgr inż. Grzegorz Baron,
Materiały dydaktyczne do ćwiczeń
 podręczniki
Układy cyfrowe - Teoria i przykłady, Wydanie VI uzupełnione, PJS, Gliwice 2004.
 skrypty
1. Praca zb. pod red. Henryka Małysiaka: Teoria automatów cyfrowych.
Laboratorium, WPŚl, Gliwice, 2003.
2. Praca zbiorowa pod redakcją H. Małysiaka i B. Pochopienia, Układy cyfrowe –
Zadania, WPŚl, Gliwice, 2003.
3. Praca zbiorowa pod redakcją J. Siwińskiego i H. Małysiaka, Zbiór zadań z układów
przełączających, WPŚl, Gliwice, 2003.
4. Pochopień B.: Arytmetyka systemów cyfrowych. Wydawnictwo Politechniki
Śląskiej, Gliwice 2003.
 instrukcje
Są zawarte w skrypcie: Teoria automatów cyfrowych. Laboratorium, WPŚl, Gliwice,
2003.
 materiały w wersji elektronicznej
Regulamin – dostępny na stronie: http://zeus.polsl.gliwice.pl/~hkm/,
Tematyka ćwiczeń – dostępny na stronie: http://zeus.polsl.gliwice.pl/~hkm/,
Prezentacje komputerowe dla wybranych ćwiczeń udostępniane na stanowisku.
3/
1
 programy wspomagające nauczanie
PROGRAMY DYDAKTYCZNE WYKORZYSTYWANE W LABORATORIUM
TEORII AUTOMATÓW
WYKONANE W RAMACH PRAC DYPLOMOWYCH POD KIERUNKIEM HALINY
KAMIONKI-MIKUŁY
Programy związane bezpośrednio z tematyką ćwiczeń
Plik
Anal-wiz.zip
Fwejprze.zip
Haz-stat.zip
Haz-sym.zip
Haz-zas.zip
H-st-win.zip
Huf-dyd.zip
Kaz-wiz.zip
Konwertery.zip
Liczszer.zip
Min-siat.zip
MinUWW.zip
Mpx-synt.zip
Opis
zrealizowany przez Katarzynę Lecybyl i Anetę Porębską (Zander),
przeznaczony dla komputerowej analizy wyrażenia logicznego
(normalnego i różnego od normalnego) pod względem: poprawności
dla zadanej funkcji, skracalności i hazardu. Uwzględnia aspekt
dydaktyczny poprzez wizualizację obrazu wyrażenia w siatce
Karnaugh’a.
zrealizowany przez Przemysława Mańkę, dotyczy nauczania w zakresie
metod określania funkcji wejść przerzutników asynchronicznych i
synchronicznych.
zrealizowany przez Frih’a Naceur’a, dotyczy nauczania zagadnień
hazardu statycznego.
zrealizowany przez Tomasza Żaka, uwzględnia symulator wybranych
układów cyfrowych, celem nauczania zagadnień: hazardu, wyścigu,
hazardu zasadniczego,
zrealizowany przez Artura Moskwę, dotyczy nauczania zagadnień
hazardu zasadniczego.
zrealizowany przez Piotra Sitko, dotyczy nauczania zagadnień hazardu
statycznego.
zrealizowany przez Krystynę Piontek, dotyczy ilustracji syntezy
układów asynchronicznych sekwencyjnych metodą Huffmana.
zrealizowany przez Grzegorza Nowaka, przeznaczony do
komputerowej minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę
Kazakowa z uwzględnieniem hazardu – zawiera wizualizację kolejnych
etapów minimalizacji.
zrealizowany przez Artura Wilczka, przeznaczony do nauczania
zagadnień koderów i dekoderów - uwzględnia komputerową syntezę
tych układów.
zrealizowany przez Przemysława Porębę, przeznaczony do
wspomaganie nauczania w zakresie syntezy liczników szeregowych.
zrealizowany przez Agnieszkę Jelonek (Kozak), przeznaczony do
nauczania minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę siatek
Karnaugh’a, uwzględnia komputerową minimalizację wyrażeń
logicznych.
zrealizowany przez Artura Grucę, przeznaczony do komputerowej
minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę Quine’aMcCluskay’a dla układu wielowyjściowego – zawiera wizualizację
kolejnych etapów minimalizacji.
zrealizowany przez Marcina Mędrka, dotyczy komputerowej syntezy
układów realizowanych w oparciu o multipleksery i demultipleksery,
uwzględnia wizualizację jej kolejnych etapów i minimalizację wyrażeń
logicznych
4/
1
Plik
Qn-h-szk.zip
Prze-nau.zip
Prz_wyr.zip
Rejestry.zip
Quin-wiz.zip
Siatki.zip
Sym-licz.zip
Synchr-s.zip
Tkl-synt.zip
TKS.zip
Opis
zrealizowany przez Marka Duraja, przeznaczony do komputerowej
minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę Quine’aMcCluskay’a
z uwzględnieniem
hazardu
oraz
przypadków
nieszkodliwości hazardu w układach sekwencyjnych – zawiera
wizualizację kolejnych etapów minimalizacji.
zrealizowany przez Magdalenę Ciecieląg, dotyczy nauczania zagadnień
przerzutników (asynchronicznych i synchronicznych).
zrealizowany w wyniku prac: S. Babicz R. Kandzi i T. Rybińsiego,
dotyczy komputerowego przekształcania wyrażeń logicznych
z uwzględnieniem zagadnień hazardu.
zrealizowany przez Bogusława Poloczka, dotyczy nauczania zagadnień
rejestrów.
zrealizowany przez Tomasza Otrembę, przeznaczony do komputerowej
minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę Quine’aMcCluskay’a z uwzględnieniem hazardu – zawiera wizualizację
kolejnych etapów minimalizacji.
zrealizowany przez Pawła Penpeskiego, przeznaczony do nauczania
minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę siatek
Karnaugh’a, uwzględnia ćwiczenia właściwości siatek Karnaugh’a,
komputerową minimalizację zbioru implikantów/implicentów prostych
oraz wyznaczanie przejść hazardogennych.
zrealizowany przez Andrzeja Głucha, przeznaczony do nauczania
zagadnień liczników, umożliwia tworzenie i symulację układów
cyfrowych realizowanych w oparciu o następujące rodzaje elementów
logicznych: bramki logiczne, przerzutniki, rejestry, układy
arytmetyczne, komutatory, liczniki, pamięci RAM, z możliwością
ustawiania parametrów czasowych elementów składowych.
zrealizowany przez Wojciecha Szymkiewicza, przeznaczony do
komputerowej syntezy układów synchronicznych - umożliwia
wizualizację kolejnych etapów syntezy, bez możliwości redukcji
stanów warunkowo-równoważnych!!.
zrealizowany w wyniku prac: Katarzyny Grosman i Roberta Kwiatka,
przeznaczony do komputerowej syntezy układów asynchronicznych
statycznych w oparciu o metodę tablic kolejności łącze - uwzględnia:
wizualizację kolejnych etapów komputerowej syntezy, możliwość
ingerencji użytkownika w rozwiązanie proponowane przez komputer,
podpowiedzi o rodzaju popełnionych błędów podczas ingerencji
użytkownika.
zrealizowany przez Tomasza Poloka, przeznaczony do wspomagania
syntezy równoległych liczników metodą tablic kolejnych stanów.
Uwzględnia wizualizację przebiegu syntezy z minimalizacją wyrażeń
logicznych.
Programy uzupełniające
Plik
Fpga.zip
Fpls.zip
Opis
zrealizowany przez Karinę Kanię, dotyczy nauczania realizacji
układów w oparciu o programowane matryce logiczne typu FPGA.
zrealizowany przez Annę Tomaszewską, dotyczy realizacji układów w
oparciu o programowane matryce logiczne typu FPLS.
5/
1
Plik
Min-tn.zip
Opis
zrealizowany przez Annę Filipowicz, przeznaczony do komputerowej
minimalizacji wyrażeń logicznych w oparciu o metodę tablic
niezgodności z uwzględnieniem hazardu – bez wizualizacji wyników
pośrednich.
Mdm-dyd.zip
zrealizowany przez Dariusza Strzęciwilka dotyczy nauczania zagadnień:
komutatorów, syntezy układów realizowanych w oparciu o multipleksery
i demultipleksery, uwzględnia komputerową syntezę tych układów i
minimalizację wyrażeń logicznych.
Mult-syn.zip
zrealizowany przez Anetę Dąbek (Warmuz), dotyczy komputerowej
syntezy układów realizowanych w oparciu o multipleksery i
demultipleksery, uwzględnia komputerową minimalizację wyrażeń
logicznych w oparciu o metodę bezpośredniego przeszukiwania
i wizualizację jej kolejnych etapów.
Prze-nau.zip
zrealizowany przez Magdalenę Ciecieląg, dotyczy nauczania zagadnień
przerzutników (asynchronicznych i synchronicznych).
PLD-dyd.zip
zrealizowany przez Karola Roszkowskiego, dotyczy nauczania
zagadnień programowanych matryc logicznych w zakresie
podstawowych struktur.
PLD-TKL.zip
zrealizowany przez Mariusza Wdowika, dotyczy komputerowej syntezy
sekwencyjnych układów asynchronicznych statycznych realizowanych
w oparciu o programowane matryce logiczn umożliwia
wykorzystanie wyników programu zawartego w Tkl-synt.zip.
Synteza_synch.zip zrealizowany przez Grzegorza Majdę, przeznaczony do nauczania
zagadnień syntezy układów synchronicznych - umożliwia sprawdzenie
wiedzy użytkownika w zakresie syntezy układów sekwencyjnych
synchronicznych dla struktury Moore’a (z redukcją stanów
warunkowo-równoważnych).
Tkl-nau.zip
zrealizowany przez Mariolę Blachę, przeznaczony do ilustracji syntezy
układów asynchronicznych sekwencyjnych metodą tablic kolejności
łączeń.
Tkl-dos.zip
zrealizowany przez Jarosława Kocelę, przeznaczony do nauczania
syntezy asynchronicznych układów sekwencyjnych metodą tablic
kolejności łączeń.
Mult-syn.zip
zrealizowany przez Anetę Dąbek (Warmuz), dotyczy komputerowej
syntezy układów realizowanych w oparciu o multipleksery i
demultipleksery, uwzględnia komputerową minimalizację wyrażeń
logicznych w oparciu o metodę bezpośredniego przeszukiwania
i wizualizację jej kolejnych etapów.

materiały pomocnicze (katalogi, noty aplikacyjne)
o Katalogi w formie elektronicznej w BAZIE OCEN udostępniane z różniącymi
się uprawnieniami prowadzącym zajęcia i dla studentom.
o Katalogi pomocnicze w formie papierowej dla każdej grupy.

Regulamin laboratorium
Regulamin Laboratorium podany jest podany w ZAŁĄCZNIKU 1 – Regulamin
Laboratorium oraz na stronie: zeus.polsl.gliwice.pl/~hkm/,
6/
1

Zasady zaliczania
Dla zaliczenia laboratorium wymagane jest spełnienie warunków:
o wykonanie ćwiczeń objętych programem,
o oddanie pozytywnie ocenionych sprawozdań,
o zaliczenie tematyki wszystkich ćwiczeń.
Szczegółowe zasady zaliczania laboratorium ujęte są w regulaminie laboratorium:
ZAŁĄCZNIKU 1 – Regulamin Laboratorium oraz na stronie: zeus.polsl.gliwice.pl/~hkm/.
7/
1