Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Ο ΗΓΟΣ ΣΠΟΥ ΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΠΑΤΡΑ 2005

Πριν αρχίσετε τη µελέτη του έντυπου αυτού, είναι απαραίτητο να διαβάσετε προσεκτικά τον ενηµερωτικό έντυπο «Οι σπουδές στο Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήµιο» (βλέπε και www.eap.gr). 1 2 Σε ποιο πρόγραµµα σπουδών εντάσσεται η Ε.Ε.; Ποιος είναι ο σκοπός της Ε.Ε.; 3 Ποιο είναι το διδακτικό υλικό της Ε.Ε.; ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Σκοπός της εργαστηριακής ενότητας είναι η εισαγωγή του/της φοιτητή/τριας στο υλικό (hardware) των υπολογιστικών συστηµάτων. Συγκεκριµένα, αρχίζοντας από τα βασικά λογικά κυκλώµατα γνωρίζουµε τις θεµελιώδεις δοµικές µονάδες των ψηφιακών συστηµάτων. Μαθαίνουµε να σχεδιάζουµε και να υλοποιούµε τόσο συνδυαστικά όσο και ακολουθιακά κυκλώµατα. Τα κυκλώµατα αυτά αποτελούν τα βασικά δοµικά στοιχεία κάθε υπολογιστικού συστήµατος, την αρχιτεκτονική των οποίων συναντούµε αµέσως µετά. Η δοµή της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας, η µνήµη και οι τρόποι εισόδουεξόδου των δεδοµένων είναι τα επόµενα κύρια θέµατα της αρχιτεκτονικής των υπολογιστών. Τέλος, ασχολούµαστε µε τους µικροεπεξεργαστές και τον προγραµµατισµό αυτών σε συµβολική γλώσσα (assembly). Α. Τόµος που προσφέρεται από το ΕΑΠ Α. Α. Ν. Σκόδρα, Β. Φωτόπουλου, Α. Ηλία «Ψηφιακά Συστήµατα, Εργαστηριακές Ασκήσεις Ψηφιακής Σχεδίασης Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών / Μικροεπεξεργαστών» Β. Πρόσθετο έντυπο και ηλεκτρονικό υλικό Εκτός του ανωτέρου τόµου προσφέρεται από το ΕΑΠ πρόσθετο υλικό σε ηλεκτρονική µορφή. Το υλικό αυτό θα διατίθεται σύντοµα και µέσω των ιστοσελίδων της εργαστηριακής ενότητας στη διεύθυνση http://dsmc.eap.gr/lab_extras.php (βλ. Παράρτηµα Ε) 4 Ποιος είναι ο Συντονιστής της Ε.Ε.; Για το ακαδηµαϊκό έτος 2005-2006 Συντονιστής της Θ.Ε.: Αθανάσιος Σκόδρας, Καθηγητής του ΕΑΠ 1

5 Ποιος είναι ο Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος του προγράµµατος στο οποίο εντάσσεται η Ε.Ε.; 6 Με ποιο ρυθµό θα πρέπει να γίνεται η µελέτη του διδακτικού υλικού της Ε.Ε.; Για το ακαδηµαϊκό έτος 2005-2006 Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος του προγράµµατος: Αθανάσιος Σκόδρας, Καθηγητής του ΕΑΠ Οι εργαστηριακές ασκήσεις των Ψηφιακών Συστηµάτων υλοποιούνται σε δύο φάσεις. Η πρώτη φάση των εργαστηριακών ασκήσεων πραγµατοποιείται στην έδρα του φοιτητή, ενώ η δεύτερη φάση περιλαµβάνει την υλοποίηση ασκήσεων σε εργαστηριακό περιβάλλον στις εγκαταστάσεις του Εργαστηρίου Ψηφιακών Συστηµάτων στο ΕΑΠ στην Πάτρα (Τσαµαδού & Αγίου Ανδρέου). Κατά την πρώτη φάση, οι φοιτητές παραλαµβάνουν το απαραίτητο υλικό για την πραγµατοποίηση των ασκήσεων. Οι φοιτητές ολοκληρώνοντας ένα τµήµα από τα αντικείµενα των ασκήσεων παραδίδουν τις αναφορές τους (εργαστηριακές εργασίες) στα µέλη ΣΕΠ για διόρθωση. Συνολικά η κατ οίκον εργασία αποτελείται από τέσσερα (4) τµήµατα και περιλαµβάνει δεκαοκτώ (18) διακριτές εργαστηριακές ασκήσεις. Κάθε τµήµα αποτελεί την ύλη µιας εργαστηριακής εργασίας η οποία ολοκληρώνεται και παραδίδεται στο αντίστοιχο µέλος ΣΕΠ για διόρθωση και βαθµολόγηση. Βλέπε Χρονοδιάγραµµα Μελέτης της Ε.Ε. (Παράρτηµα Β) 7 Πότε και πού θα γίνουν οι Οµαδικές Συµβουλευτικές Συναντήσεις; Προβλέπεται η πραγµατοποίηση οκτώ (8) Οµαδικών Συµβουλευτικών Συναντήσεων (ΟΣΣ) για την υποστήριξη των αντικειµένων τα οποία πραγµατεύονται οι εργαστηριακές ασκήσεις και την υποβοήθηση των φοιτητών στη κατανόηση και πραγµατοποίηση των ασκήσεων. Οι οκτώ (8) συναντήσεις θα γίνονται σε µηνιαία βάση µέσω CENTRA (εικονικές ΟΣΣ, Ε-ΟΣΣ) και θα έχουν διάρκεια περίπου 2 ωρών η καθεµία. (Παράρτηµα Β) 8 Στη δεύτερη φάση, οι εργαστηριακές ασκήσεις 2

Πότε και πού θα γίνουν οι Τελικές Εξετάσεις; 9 Ποιες είναι οι καταληκτικές ηµεροµηνίες για την αποστολή των γραπτών εργασιών πραγµατοποιούνται στο Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων του ΕΑΠ στη Πάτρα κατά τις τελευταίες εβδοµάδες του Ιουλίου ή/και την πρώτη εβδοµάδα του Αυγούστου. Πρόκειται για ασκήσεις που απαιτούν πρόσθετο µη-φορητό εργαστηριακό εξοπλισµό και µε τις οποίες ολοκληρώνεται η εργαστηριακή άσκηση των φοιτητών. Μετά την ολοκλήρωση κάθε εργαστηριακού τµήµατος, ακολουθεί η εξέταση του κάθε φοιτητή στο αντίστοιχο τµήµα (ψηφιακή σχεδίαση, αρχιτεκτονική, µικροεπεξεργαστές). Σηµειώνεται ότι η εργαστηριακή άσκηση των φοιτητών στο Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων του ΕΑΠ στη Πάτρα γίνεται σε οµάδες των 2 φοιτητών, ενώ η εξέταση που ακολουθεί γίνεται ατοµικά. Η δεύτερη φάση ολοκληρώνεται σε 3 συνεχόµενες ηµέρες (του Σαββάτου και της Κυριακής συµπεριλαµβανοµένων). Κάθε ηµέρα απαιτεί την παρουσία του φοιτητή για 5 ώρες σ ένα από τα πρωινά ή απογευµατινά τµήµατα. Στη διάρκεια των τριών αυτών ηµερών πραγµατοποιείται η άσκηση και η εξέταση των συµµετεχόντων φοιτητών. Οι 4 γραπτές εργαστηριακές εργασίες θα πρέπει να έχουν αποσταλεί ηλεκτρονικά στον Καθηγητή Σύµβουλο του φοιτητή στις εξής ηµεροµηνίες (µε παράταση έως 2 ηµέρες από την καταληκτική ηµεροµηνία αποστολής εφόσον ζητηθεί), µαζί µε το συνοδευτικό έντυπο (Παράρτηµα Γ): 1 η Εργασία: 04- εκ-2005 2 η Εργασία: 29-Ιαν-2006 3 η Εργασία: 26-Μαρ-2006 4 η Εργασία: 21-Μαι-2006 Περαιτέρω παράταση αποστολής είναι δυνατή µόνο µε την εξής προϋπόθεση / διαδικασία: Ο φοιτητής, πριν από την ηµεροµηνία αποστολής της γραπτής εργασίας, θα πρέπει να υποβάλει σχετική αίτηση µε τα απαραίτητα δικαιολογητικά έγγραφα, στο Σύµβουλο Καθηγητή του. Ο Σύµβουλος Καθηγητής θα εισηγηθεί το αίτηµα του φοιτητή προς τον Συντονιστή. Η άδεια παράτασης δίνεται από τον Συντονιστή προς τον φοιτητή. Ο Συντονιστής κοινοποιεί στο Σύµβουλο Καθηγητή το έγγραφο της άδειας και εκείνος επισυνάπτει το έγγραφο αυτό στο σχολιασµό της εργασίας που κάνει. 3

10 Ποια διαδικασία ακολουθείται µετά την υποβολή της γραπτής εργασίας 11 Ποιο ρόλο παίζει η εκπόνηση και η βαθµολογία των γραπτών εργασιών Ο Καθηγητής θα διορθώσει την εργασία σας, θα τη βαθµολογήσει, θα σηµειώσει τις παρατηρήσεις και τις συµβουλές του αναλυτικά είτε πάνω στο γραπτό σας είτε σε ξεχωριστές σελίδες (τουλάχιστον µία σελίδα) και θα συµπληρώσει το «ελτίο Αξιολόγησης Γραπτής Εργασίας» (βλ. Παράρτηµα ). Στη συνέχεια και εντός 15 ηµερών από την καταληκτική ηµεροµηνία αποστολής κάθε γραπτής εργασίας ο καθηγητής θα στείλει στο Ε.Α.Π. και στο φοιτητή το «ελτίο Αξιολόγησης Γραπτής Εργασίας» και θα κρατήσει ένα αντίγραφο για το αρχείο του. Επιπλέον στο φοιτητή θα στείλει είτε την πρωτότυπη διορθωµένη εργασία είτε το κείµενο µε τις παρατηρήσεις του που αφορούν την εργασία (τουλάχιστον µία σελίδα). Στην πρώτη περίπτωση ο φοιτητής είναι υποχρεωµένος να φωτοτυπήσει τη διορθωµένη εργασία και να στείλει στον καθηγητή την πρωτότυπη διορθωµένη εργασία την οποία ο Καθηγητής θα βάλει στο αρχείο του. Στη δεύτερη περίπτωση ο Καθηγητής κρατάει από την αρχή ένα αντίγραφο του κειµένου µε τις παρατηρήσεις για το αρχείο του. * Εάν δεν έχετε παραλάβει έγκαιρα την απάντηση του καθηγητή σας, σκόπιµο είναι να επικοινωνήσετε µαζί του για να βεβαιωθείτε ότι παρέλαβε την εργασία σας. Κάθε εργαστηριακή εργασία, όπως επίσης και η τελική εξέταση, βαθµολογείται µε άριστα το 10. Ο µέσος όρος των βαθµών των τεσσάρων εργαστηριακών εργασιών λαµβάνεται υπόψη σε ποσοστό 30% για τη διαµόρφωση του τελικού βαθµού. Ο σταθµισµένος µέσος όρος των βαθµών των εξετάσεων στα επιµέρους αντικείµενα (ψηφιακή σχεδίαση αρχιτεκτονική υπολογιστών µικροεπεξεργαστές) της δεύτερης φάσης λαµβάνεται υπόψη σε ποσοστό 70% για τη διαµόρφωση του τελικού βαθµού. Εποµένως, ο τελικός βαθµός της Θ.Ε. υπολογίζεται από τη σχέση: ΤΒ = (ΒΕΕ x 0,30) + (ΒΤΕ x 0,70) 4

όπου: ΤΒ = Τελική Βαθµολογία ΒΕΕ = Βαθµός Εργαστηριακών Εργασιών (µέσος όρος) ΒΤΕ = Βαθµός Τελικών Εξετάσεων. Πιο αναλυτικά, οι φοιτητές κατά τη διάρκεια της δεύτερης φάσης ασκούνται σε ασκήσεις της ψηφιακής σχεδίασης, της αρχιτεκτονικής υπολογιστών και των µικροεπεξεργαστών. Κάθε ένα από αυτά τα αντικείµενα ολοκληρώνεται µε την αντίστοιχη γραπτή εξέταση του φοιτητή εντός του Εργαστηρίου Ψηφιακών Συστηµάτων. Ο Βαθµός Τελικών Εξετάσεων (ΒΤΕ) προκύπτει ως ΒΤΕ = (ΒΨΣ x 0,40) + (ΒΑΥ x 0,30) + (ΒΜΕ x 0,30) όπου: ΒΨΣ = Σχεδίαση Βαθµός εξετάσεων στη Ψηφιακή ΒΑΥ = Βαθµός εξετάσεων στην Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΒΜΕ = Βαθµός εξετάσεων στους ΜικροΕπεξεργαστές. Ο Βαθµός Τελικών Εξετάσεων (ΒΤΕ) λαµβάνεται υπόψη στον υπολογισµό της Τελικής Βαθµολογίας (ΤΒ), δηλαδή η εξέταση θεωρείται επιτυχής, µόνον εφόσον καθένας από τους τρεις (3) βαθµούς ΒΨΣ / ΒΑΥ / ΒΜΕ είναι µεγαλύτερος ή ίσος του πέντε (5). Ειδική ρύθµιση: Εάν ο φοιτητής δεν καταφέρει να εξασφαλίσει προβιβάσιµο βαθµό ( 5) σε ένα (και µόνο ένα) από τα επιµέρους αντικείµενα (ψηφιακή σχεδίαση αρχιτεκτονική υπολογιστών µικροεπεξεργαστές) κατά την πρώτη εξέταση (του Ιουλίου), τότε µπορεί να επαναλάβει την εργαστηριακή άσκηση/εξέταση στο αντικείµενο αυτό κατά την επόµενη και µόνο περίοδο του Σεπτεµβρίου. 5

Παράρτηµα Α ΥΛΗ ΤΩΝ ΤΕΛΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ Η εκπαιδευτική ύλη που αντιστοιχεί στις τελικές εξετάσεις ταυτίζεται µε τη διδακτέα ύλη έτσι όπως καθορίζεται στο χρονοδιάγραµµα. 6

Παράρτηµα Β Α/A ΕΒ ΟΜ. ΜΕΛΕΤΗΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΕΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΧΡΟΝΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΚΑΙ ΓΡΑΠΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΑ WEBCAST ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ 1 η Ο Π (01/10/05) 1. 10/10/05 ~ 16/10/05 ΨΣ: Κεφ. 1 WL_01 έως WL_08 1 η ΟΣΣ (16/10/05) 2. 17/10/05 ~ 23/10/05 ΨΣ: Κεφ. 2 WL_09, WL_10 3. 24/10/05 ~ 30/10/05 ΨΣ: Κεφ. 3 WL_11 έως WL_13 4. 31/10/05 ~ 06/11/05 ΨΣ: Κεφ. 4 WL_14, WL_15 5. 07/11/05 ~ 13/11/05 ΨΣ: Κεφ. 4 WL_16, WL_17 2 η Ε-ΟΣΣ (13/11/05) 6. 14/11/05 ~ 20/11/05 ΨΣ: Κεφ. 5 WL_18 έως WL_23 7. 21/11/05 ~ 27/11/05 ΨΣ: Κεφ. 6 WL_24, WL_25 8. 28/11/05 ~ 04/12/05 ΨΣ: Κεφ. 6 WL_26, WL_27 1 η ΓΕ: 04- εκ-05 2 η Ο Π (03/12/05) 9. 05/12/05 ~ 11/12/05 ΨΣ: Κεφ. 7 WL_28, WL_29 3 η Ε-ΟΣΣ (11/12/05) 10. 12/12/05 ~ 18/12/05 ΨΣ: Κεφ. 7 WL_28, WL_29 11. 19/12/05 ~ 23/12/05 ΨΣ: Κεφ. 8 WL_30, WL_31 ΙΑΚΟΠΕΣ ΧΡΙΣΤΟΥΓΕΝΝΩΝ 12. 07/01/06 ~ 08/01/06 ΨΣ: Κεφ. 8 WL_32, WL_33 13. 09/01/06 ~ 15/01/06 ΨΣ: Κεφ. 8 WL_34, WL_35 4 η Ε-ΟΣΣ (15/01/06) 14. 16/01/06 ~ 22/01/06 ΨΣ: Κεφ. 9 WL_36, WL_37 15. 23/01/06 ~ 29/01/06 ΨΣ: Κεφ. 9 WL_38, WL_39 2 η ΓΕ: 29-Ιαν-06 3 η Ο Π (28/01/06) 16. 30/01/06 ~ 05/02/06 Αρχ: Κεφ. 10 WL_40, WL_41 5 η Ε-ΟΣΣ (05/02/06) 17. 06/02/06 ~ 12/02/06 Αρχ: Κεφ. 11 18. 13/02/06 ~ 19/02/06 Αρχ: Κεφ. 12 19. 20/02/06 ~ 26/02/06 Αρχ: Κεφ. 12 20. 27/02/06 ~ 05/03/06 Αρχ: Κεφ. 13 21. 06/03/06 ~ 12/03/06 Αρχ: Κεφ. 13 6 η Ε-ΟΣΣ (12/03/06) 22. 13/03/06 ~ 19/03/06 Αρχ: Κεφ. 14 23. 20/03/06 ~ 26/03/06 Αρχ: Κεφ. 14 3 η ΓΕ: 26-Μαρ-06 4 η Ο Π (26/03/06) 24. 27/03/06 ~ 02/04/06 Μ: Κεφ. 15 WL_42 έως WL_49 25. 03/04/06 ~ 09/04/06 Μ: Κεφ. 16 7 η Ε-ΟΣΣ (09/04/06) 26. 10/04/06 ~ 16/04/06 Μ: Κεφ. 17 ΙΑΚΟΠΕΣ ΠΑΣΧΑ 27. 25/04/06 ~ 30/04/06 Μ: Κεφ. 18 28. 01/05/06 ~ 07/05/06 Μ: Κεφ. 19 29. 08/05/06 ~ 14/05/06 Μ: Κεφ. 20 5 η Ο Π (13/05/06) 30. 15/05/06 ~ 21/05/06 Μ: Κεφ. 21 4 η ΓΕ: 21-Μαι-06 31. 22/05/06 ~ 28/05/06 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 8 η Ε-ΟΣΣ (28/05/06) 32. 29/05/06 ~ 04/06/06 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ Τελικές εξετάσεις: Ιούλιος 2006 Επαναληπτικές εξετάσεις: Σεπτέµβριος 2006 ΟΣΣ 7

Παράρτηµα Ε Εκτός του βιβλίου, το ΕΑΠ προσφέρει πρόσθετο υλικό για την υλοποίηση των εργαστηριακών ασκήσεων από απόσταση καθώς και πρόσθετο υλικό σε ηλεκτρονική µορφή. ΠΡΟΣΘΕΤΟ ΥΛΙΚΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΜΑΧΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΕΜΑΧΙΑ 220Ω 8 Πύλη NAND 2-εισόδων 7400 1 Αντιστάτες 430kΩ 1 Πύλη NOR 2-εισόδων 7402 1 1ΜΩ 1 Πύλη NOT 7404 1 10nF 1 Πύλη AND 2-εισόδων 7408 1 Πυκνωτές 100nF 1 Πύλη NAND 3-εισόδων 7410 2 330nF 1 Πύλη NAND 4-εισόδων 7420 1 820nF 1 Πύλη OR 2-εισόδων 7432 1 Κόκκινα 4 Αποκωδ/τής BCD σε 7-Segment 7448 1 LEDs Κίτρινα 2 Positive Edge-Triggered D-FF 7474 2 Πράσινα 2 Negative Edge-Triggered JK-FF 7476 2 LED Display CC (κοινής καθόδου) 1 Αθροιστής 4-Bit µε Κρατούµενο 7483 1 Κλιπ Μπαταρίας (battery connector) 1 Πύλη XOR 2-εισόδων 7486 1 Πλακέτα (breadboard) 1 εκαδικός Απαριθµητής 7490 1 Καλώδια Μερικά Αποκωδικ/τής-Αποπλέκτης 3x8 74138 1 Ρυθµιστής Τάσης (regulator) 7805 1 Πολυπλέκτης 8x1 74151 1 Κύκλωµα παλµών (timer) 555 1 Καταχωρητής Ολίσθησης 4-Bit 74194 1 ΠΡΟΣΘΕΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΥΛΙΚΟ 1. Λογισµικό (software) ψηφιακής σχεδίασης: CircuitMaker Student v6.2c 2. Λογισµικό (software) αρχιτεκτονικής υπολογιστών: MAX+PLUS II BASELINE Software Version 10.2 3. Λογισµικό (software) µικροεπεξεργαστών: 8085 Simulator v1.3.7 4. Φύλλα δεδοµένων (datasheets) για όλα τα παραπάνω ολοκληρωµένα κυκλώµατα 5. Webcasts 6. Σελίδες υπερκειµένου (hypertext) 7. Πρωτότυπες ασκήσεις 8