Kursa kods DatZ7034
Fakultāte Datorikas fakultāte
Kredītpunkti, lekciju skaits
Kredītpunkti ECTS kredītpunkti Kopējais auditoriju stundu skaits Lekciju stundu skaits Semināru un praktisko darbu stundu skaits Studenta patstāvīgā darba stundu skaits
4 6 64 32 32 96
E-kursi 2DAT7014: Digitālo iekārtu projektēšana
Kursa anotācija Digitālo iekārtu, tai skaitā datoru un iegulto sistēmu projektēšanai un testēšanai no loģisko mezglu līmeņa un augstāk nepieciešami speciālas programmatūras un aparatūras rīki kā arī iemaņas. Šis kurss piedāvā tā dalībniekiem mācīties un praktizēt digitālas projektēšanas plūsmu lietojot tādus pašus rīkus kā pētniecībā un industrijā. Studenti izstrādās digitālas iekārtas un moduļus pieaugošā sarežģītības secībā, piemēram ALU, vien-takts un konveijera RISC CPU, instrukciju arhitektūru, OpenGL video kontrolieri un kešatmiņu. Moduļi tiks testēti simulējot dizainu kā arī uz izstrādes aparatūras, kas bāzēta uz Xilinx Spartan lauka programmējamo loģisko mezglu masīvu (FPGA). Izstrāde būs ar programmatūru un aparatūru. Lodēšana nebūs nepieciešama.
Kursa atbildīgais Andris Ambainis
Rezultāti Students spēj aprakstīt projektēšanas plūsmu un programmatūras un aparatūras rīkus kas lietoti lai izstrādātu digitālas iekārtas. (analīze em21, realiz. EM31)
Students spēj lietot un izstrādāt loģikas elektronikas shēmas, aparatūras definēšanas valodu VHDL vai Verilog, projekta simulāciju rīkus tā testēšanai, kompilēt un ielādēt projektu uz FPGA izstrādes sistēmu, testēt projektēto aparatūru ar loģikas analizatoru iekārtu un loģikas ģeneratoru. (analīze EM23, realiz. EM33)
Students spēj atpazīt un izskaidrot konveijera un RISC arhitektūras procesora darbību un RISC instrukciju kopu. (realiz. EM31)

Students spēj sniegt piemērus lauka programmējamas loģisko mezglu masīvu iekārtas un arhitektūras (FPGA) pielietojumiem, ko lieto reālu sistēmu prototipēšanai un izstrādāšanai, piemēram, pielietojot Spartan un Virtex klases Xilinx FPGA iekārtas. (realiz. EM31, EM32, EM33, prakse EM51)


Kursa plāns 1. Digitālo iekārtu projektēšanas plūsma un programmatūras rīki (L2, P2)
2. Vien-takts CPU (procesora) arhitektūra (L2, P2)
3. Sinhronizācija, laiks, un konveijera princips (L2, P2)
4. Shēmas ievads un aparatūras definēšanas valodas (L2, P2)
5. Maģistrāles un signālu transports (L2, P2)
6. Digitālās projektēšanas verifikācija un simulēšana (L2, P2)
7. Ievads lauka programmējamo loģisko mezglu masīvos (FPGA) (L2, P2)
8. FPGA kompilatori, izvietotāji, maršrutētāji, un ielādētāji (L2, P2)
9. Digitālās projektēšanas verifikācijas un testa aparatūra (L2, P2)
10. Kešatmiņa, atmiņas iekārtas un saskarnes (L2, P2)
11. VLIW, grafikas, un multivides procesori (L2, P2)
12. Darbības efektivitāte un enerģija (L2, P2)
13. Ievads digitālajā loģikā un VLSI (L2, P2)
14. Lecienu un vērtību paredzēšana, instrukciju trasēšana (L2, P2)
15. Datoru arhitektūras padziļinātās tēmas (L2, P2)

16. Kopsavilkums un nākotnes perspektīvas (L2, P2)

Prasības kredītpunktu iegūšanai Sekmīgai kursa izpildei nepieciešams:
1. Izpildīt visus uzdotos mājas un praktiskos darbus. Katrs darbs tiks vērtēts atsevišķi. Lai pildītu nākamo darbu vispirms jāpaveic iepriekšējais.
2. Kursa praktiskie darbi organizeti trjos etapos. Pirmais etaps būs studentu individuālais darbs, otrais tiks izpildīts komandās pa diviem cilvēkiem, un trešajam būs vairāku cilvēku komandas. Katras komandas dalībnieki strādās kopīgi sadalot darbus un dalīsies arī nopelnītajā rezultātā. Praktiskajos darbos nepieciešams izpildīt projekta ievadu, simulāciju, kompilāciju un uzlādēšanu uz FPGA aparatūras, un projektētās aparatūras testēšanu.
3. Kursa beigās tiks uzdots kursa projekts, kurā studentiem jāprojektē kādu digitālu iekārtu. Būs jāizveido prezentācija par paveikto kursa projektu. Paredzams, ka doktorantūras studenti būs aktīva šī projekta vadītāji.
4. Apmeklēt lekcijas un aktīvi piedalīties diskusijās.
5. Aizpildīt LUIS anketu ar kursa novērtējumu.

Kursa galējais vērtējums sastāv no sekojošām komponentēm:
10% - dalība lekcijās un diskusijās
20% - mājas darbi
40% - praktiskie darbi

30% - eksāmens: kursa projekts, ieskaitot prezentāciju






Mācību literatūra 1. John L. Hennessy, David A. Patterson, “Computer Organization and Design : The Hardware/Software Interface,” Morgan Kaufmann Publishers, 2005 - 656 pages. Grāmata pieejama LUDF iegulto sistēmu laboratorijā. Šobrīd grāmata nav pieejama LUB.

2. John L. Hennessy, David A. Patterson, “Computer Architecture, a Quantitative Approach,” Morgan Kaufmann Publishers, 2007 - 704 pages. Grāmata pieejama LUDF iegulto sistēmu laboratorijā.


Papildus literatūra 1. Peter, J.A., “The Designer’s Guide to VHDL,” Morgan Kaufmann Publishers, 1996 (pieejama laboratorijā).

Periodika un citi informācijas avoti 1. http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~cs152/

2. http://www.xilinx.com


Studiju programmas Datorzinātnes
Datorzinātnes