Bài giảng Thiết kế số - Bài 1: Giới thiệu về thiết kế số - Hoàng Mạnh Thắng

Thiết kế số (Digital Logic Design) Người trình bày: T iến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Tóm tắt nội dung môn học Giới thiệu hệ thống số Chương 1 1 bài Giới thiệu về mạch số Chương 2 5 bài Công nghệ thực hiện mạch số Chương 3 2 bài Thực hiện tối ưu Chương 4 6 bài Biểu diễn số và các mạch số học Chương 5 5 bài Mạch tổ hợp Chương 6 4 bài Flip-Flop, Thanh ghi, và Bộ đếm Chương 7 8 bài Mạch tuần tự đồng bộ () FSMD Chương 8 9 bài 2 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Cách đánh giá kết quả học Tham gia lớp học 0%- 2 bài kiểm tra giữa kỳ 30% Bài tập về nhà (theo nhóm) 20% Bài thi cuối kỳ 50% Tổng 100% Chú ý: % đánh giá theo bảng trên có thể được thay đổi 3 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Chương I Giới thiệu về thiết kế số Thiết kế số Giới thiệu về thiết kế số Người trình bày: T iến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Phần cứng số (Digital Hardware) Các mạch logic được dùng để xây dựng các máy tính số cũng như các thiết bị điện tử số khác Sự bùng phát về khả năng số bắt đ ầu vào khoảng cuối thập niên 60 và đầu 70 với: Kích thước transistor nhỏ Kích thước chip lớn hơ n Kích thước transitstor/chip lớn dễ ràng thực hiện nhiều chức năng hơn, nhưng phức tạp trong quá trình thiết kế. 6 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Phần cứng số (Digital Hardware) Mạch tích hợp được xây dựng trên khối silic Các khối silic được cắt và được đóng gói để thành CHIP Trên một CHIP có đến hàng triệu transistor 7 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Thiết kế số phức tạp ra sao ? Sự phức tạp vượt qua khả năng của con người: Hiện nay là 16 triệu transistor/cm 2 Trong 10 năm tới sẽ là 100 triệu transistor/cm 2 Sự phức tạp này đòi hỏi có các kỹ thuật thiết kế dựa vào máy tính Hầu hết công việc thiết kế dựa trên CAD ( C omputer-Aid ed Design) 8 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Hai tiếp cận thiết kế Truyền thống: Dựa trên các mô hình toán học Các tiếp cận phân tích Cung cấp cái nhìn đầy đủ và hiểu biết về vấn đề Hữu ích đối với các vấn đề nhỏ, nhưng không dễ với các vấn đề lớn Dùng CAD: Phần mềm dựa trên các mô hình toán học và tiếp cận phân tích Rõ ràng cho người dùng Có nhiều chi tiết được rút ngắn gọn Các vấn đề thực tế lớn được giải quyết đơn giản 9 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 So sánh các tiếp cận thiết kế Dùng CAD là rất cần thiết Nhìn và hiểu thấu đáo về vấn đề trong cách tiếp cận truyền thống vẫn là rất quan trọng: Khái niệm hóa vẫn được dùng phương pháp truyền thống Sử dụng hiệu quả CAD yêu cầu hiểu rõ những gì CAD thực hiện Sử dụng các lựa chọn thiết kế yêu cầu hiểu thấu đáo 10 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 C ác loại CHIP Các chip chuẩn : Cụ thể là họ 7400 Ch ứa số lượng nhỏ transistor (<100) Thực hiện những chức năng đơn giản Các linh kiện logic có thể lập trình ( P rogrammable L ogic D esign-PLD ): Chứa các phần tử mạch logic và các liên kết có thể lập trình Mạch chức năng nào đó có thể được xây dựng bởi người dùng Việc thiết kế với PLD được thực hiện thông qua CAD tool 11 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 C ác loại CHIP (cont.) Các Chip được thiết kế có thể chỉnh sửa (custom-designed chips) : Điển hình là mảng logic lập trình FPGA Được tối ưu hóa cho mục đích chuyên dụng Chứa lượng lớn mạch logic Chi phí sản xuất cao Để giảm chi phí  phải sản xuất số lượng lớn 12 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Quá trình thiết kế S ản phẩm yêu cầu Chỉ ra các thông số Thiết kế thử Mô phỏng Tái thiết kế T hiết kế đúng chứa ? no yes (1) 13 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Quá trình thiết kế (cont.) Thự hiện prototype Kiểm tra Chỉnh sửa Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật chưa ? no yes (1) Sửa chữa nhỏ ? Thiết kế lại Sản phẩm thiết kế 14 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1 Môn này mang lại gì cho bạn ? Hiểu các khái niệm và các mô hình, thuật toán và các quá trình liên quan đến thiết kế mạch logic Môn này trang bị kiến thức làm cơ sở cho các môn khác và cho định hướng nghề nghiệp Cung cấp kỹ năng giải quyết vấn đề gồm: Mô tả và giải quyết các vấn đề mới Cần cọ sát vấn đề  nâng cao kỹ năng giải quyết vấn đề Diễn tả giải pháp một cách rõ ràng và chính xác Làm quen với thực tế thiết kế mạch số 15 Khoa ĐT-VT, Đại học Bách Khoa Hà nội Tiến sỹ Hoàng Mạnh Thắng Chương 1