Συστήματα VLSI. Εισαγωγή. Γιώργος Δημητρακόπουλος. Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης. Άνοιξη 2014

Σχετικά έγγραφα
Ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα

Τεχνολογίες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - VHDL ΑΝΤΩΝΗΣ ΠΑΣΧΑΛΗΣ

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ι (ένα)

ΑρχιτεκτονικήΥπολογιστών. Ι (ένα) Δημήτρης Γκιζόπουλος. Καθηγητής

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Οργάνωση της φυσικής δομής του ολοκληρωμένου κυκλώματος

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών. ηµήτρης Γκιζόπουλος Καθηγητής

Περιεχόμενα. Πρόλογος... XI. Κεφάλαιο 1. Συστήματα Βασισμένα σε FPGA Κεφάλαιο 2. Τεχνολογία VLSI Εισαγωγή Βασικές Αρχές...

Πτυχιακή Εργασία Σχεδίαση κυκλωμάτων επικοινωνίας με απλές οθόνες, με τη γλώσσα VHDL και υλοποίηση στις αναπτυξιακές πλακέτες LP-2900 και DE2.

4/10/2008. Εισαγωγή στη σχεδίαση συστημάτων VLSI. Περιεχόμενα μαθήματος. Γιώργος Δημητρακόπουλος. Βιβλιογραφία. Ψηφιακά συστήματα.

Κυκλωμάτων» Χειμερινό εξάμηνο

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων 1: Εισαγωγή

HY:433 Σχεδίαση Αναλογικών/Μεικτών και Υψισυχνών Κυκλωμάτων (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

Περιγραφή Κυκλωμάτων με χρήση της VHDL. Εισαγωγικές έννοιες για σχεδιασμό με τη VHDL

Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Φόρμα Σχεδιασμού Διάλεξης (ημ/α:15/10/07, έκδοση:0.1 ) 1. Κωδικός Μαθήματος : 2. Α/Α Διάλεξης : 1 1. Τίτλος : 1. Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Η επικράτηση των ψηφιακών κυκλωμάτων 1o μέρος

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο Ένα συνδυαστικό κύκλωµα µπορεί να περιγραφεί από: Φεβ-05. n-είσοδοι

HY:433 Αναλογικά Κυκλώματα VLSI (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

Καταχωρητές, Μετρητές και Ακολουθιακά Κυκλώματα

Εισαγωγή στην Αρχιτεκτονική Η/Υ

Εισαγωγή στον έλεγχο ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων. Δημήτρης Νικολός, Τμήμα Μηχ. Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, Παν.

Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

ΟΔΗΓΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ. Εργαστηριακός Κύκλος Ψηφιακών Συστημάτων

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

Κεφάλαιο 7 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Ακολουθιακή Λογική 2

Γ. Τσιατούχας. Βασικές Αρχές Κυκλωµάτων

Καταχωρητές,Σύγχρονοι Μετρητές και ΑκολουθιακάΚυκλώματα

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 1: Εισαγωγή

Μεταβατικές διατάξεις Νέου Προγράμματος Σπουδών (ΝΠΣ) για τους φοιτητές εισαγωγής 2013 και πριν Υποχρεωτικά Μαθήματα

Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI II

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο Διάλεξη 8 η : Μηχανές Πεπερασμένων Κaταστάσεων σε FPGAs

Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

Οδηγίες εγκατάστασης και χρήσης του Quartus

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Εισαγωγή Συμβόλαιο Μαθήματος

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 15: Καταχωρητές (Registers)

Δομημένος Προγραμματισμός

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωµάτων

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

Τεχνικές βελτιστοποίησης µε σκοπό την επίτευξη χαµηλής κατανάλωσης ισχύος

Υλοποίηση Mικροεπεξεργαστή MIPS -16

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων. Διδάσκοντες

Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ ΟΙ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΚΑΙ Η ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥΣ ΜΕ FLIP-FLOP ΚΑΙ ΠΥΛΕΣ

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI. 1 ΗΥ330 - Διάλεξη 7η - Ακολουθιακά Κυκλώματα

Ανάλυση κατά συχνότητα Φίλτρα

Ειδικής Υποδομής Υποχρεωτικό

Κεφάλαιο 10 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Ακολουθιακή Λογική 2

Περίληψη. ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασµός Εαρινό Εξάµηνο Παράδειγµα: Καταχωρητής 2-bit. Καταχωρητής 4-bit. Μνήµη Καταχωρητών

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ ΕΓΧΕΙΡΙ ΙΟ ΓΙΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΛΩΣΣΑΣ VHDL

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ. Να μελετηθεί η λειτουργία του ακόλουθου κυκλώματος. Ποιος ο ρόλος των εισόδων του (R και S) και πού βρίσκει εφαρμογή; S Q

ΗΥ Λογική. Διδάσκων: Δημήτρης Πλεξουσάκης Καθηγητής

Εργαστηριακή άσκηση. Σχεδίαση layout και προσομοίωση κυκλώματος με το πρόγραμμα MICROWIND

Μουσική Πληροφορική. Δ. Πολίτης, Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ, 2015

ΑΣΚΗΣΗ 10 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ. Να μελετηθεί η λειτουργία του ακόλουθου κυκλώματος. Ποιος ο ρόλος των εισόδων του (R και S) και πού βρίσκει εφαρμογή; R Q

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων. Ενότητα: ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ - ΑΠΑΡΙΘΜΗΤΕΣ

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Ψηφιακή Σχεδίαση. Ενότητα: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ No:05. Δρ. Μηνάς Δασυγένης. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών. Συστήματα VLSI. Πρόοδος Άνοιξη 2018

Οργάνωση επεξεργαστή (1 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΝΗΜΕΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΠΡΟΣΠΕΛΑΣΗΣ (Static and Dynamic RAMs). ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ

Σύνθεση Ψηφιακών Συστηµάτων. Χ. Καβουσιανός

ΗΜΥ211 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων

Ελίνα Μακρή

3. Περιγράμματα Μαθημάτων Προγράμματος Σπουδών

Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση

Κεφάλαιο 14 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Σχεδιαστικές Μεθοδολογίες 2

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Σχεδίαση Υπολογιστικών

Βασικές Σχεδίασης Υπολογιστών Αριθμητική Μονάδα Επεξεργασίας Κεφάλαιο 10

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 18: Διαδικασία Σχεδίασης Ψηφιακών Συστηµάτων - Επανάληψη

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Λογική. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Δημήτρης Πλεξουσάκης Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Στοιχεία Μνήμης, JKκαιD (Flip-Flops) Μετρητής Ριπής (Ripple Counter)

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι. Ενότητα 10: Κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Χατζόπουλος Αλκιβιάδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχ.

Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Απόδοση ΚΜΕ. (Μέτρηση και τεχνικές βελτίωσης απόδοσης)

Εισαγωγή στην πληροφορική

Παράδειγμα αντιστοίχισης κυκλώματος σε FPGA

6 η Θεµατική Ενότητα : Σχεδίαση Συστηµάτων σε Επίπεδο Καταχωρητή

Ψηφιακά Κυκλώματα (1 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Εισαγωγή στη σχεδιαστική ροή της Xilinx

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε. ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ.

Φυσική σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Εργαστήριο Οργάνωσης Η/Υ. Δαδαλιάρης Αντώνιος

Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

HY:536 Εργαστήριο Αναλογικών Κυκλωμάτων (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

Transcript:

Συστήματα VLSI Εισαγωγή Γιώργος Δημητρακόπουλος Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Άνοιξη 2014 Συστήματα VLSI 1

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα από «μέσα» Συστήματα VLSI 2

Τα εργαλεία της σχεδίασης Algorithms-Applications Operating System Instruction Set Architecture Microarchitecture Register-transfer-level Logic design Circuits Devices-Technology Κάθε ψηφιακό κύκλωμα σχεδιάζεται με 4 βασικά δομικά στοιχεία Λογικές πύλες για τους υπολογισμούς (λογικές πράξεις) Flip-flops για την αποθήκευση της κατάστασης των υπολογισμών Μνήμες για την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων με δομημένο τρόπο Καλώδια για να συνδέσουμε τα παραπάνω στοιχεία Ολα αυτά υλοποιούνται εντός του ολοκληρωμένου κυκλωμάτος χρησιμποιώντας τρανζίστορ και καλώδια Συστήματα VLSI 3

Μικροφωτογραφίες από τρανζίστορ και καλώδια Καλώδια σε επίπεδα Τρανζίστορ Τα τρανζίστορ βρίσκονται στον «πάτο» του ολοκληρωμένου Πολλά επίπεδα καλωδίωσης (μέταλλα) συνδέουν τα τρανζίστορ μεταξύ τους Οι επαφές (contact/via) συνδέουν τρανζίστορ και καλώδια που ανήκουν σε διαφορετικά επίπεδα Συστήματα VLSI 4

Πως υλοποιούνται τελικά οι σχεδιασμοί μας; Κάθε ολοκληρωμένο κύκλωμα προσπαθεί να υλοποίησει έναν αλγόριθμο Μπορεί να πρόκειται και για ένα σύνθετο σύστημα Ποια είναι τα βήματα που ακολουθούμε στην πράξη και πως βοηθά το μάθημα; Η ροή σχεδίασης συνήθως τηρείται ευλαβεικά αλλιώς η πολυπλοκότητα θα καταστρέψει το τελικό αποτέλεσμα Συστήματα VLSI 5

Μικρο-αρχιτεκτονική Σχεδίαση μικρο-αρχιτεκτονικής Επιλογή των βασικών μπλοκ του συστήματος Ιεραρχία και επικοινωνία μεταξύ των μονάδων Χοντρική εκτίμηση εμβαδού, επιδόσεων Περιγραφή μοντέλου λειτουργίας Γλώσσες περιγραφής υλικού Προσωμοίωση (simulation) του σχεδιασμού Συστήματα VLSI 6

Περιγραφή μικρο-αρχιτεκτονικής με γλώσσες περιγραφής υλικού Συστήματα VLSI 7

Προσωμοίωση λειτουργίας Συστήματα VLSI 8

Λογική σύνθεση Μετατροπή του μοντέλου σε γλώσσα περιγραφής υλικού σε κύκλωμα λογικών πυλών και flip-flops Βελτιστοποίηση των επιδόσεων Συστήματα VLSI 9

Φυσική δομή ολοκληρωμένου κυκλώματος Συστήματα VLSI 10

Χωροθέτηση και διασύνδεση του κυκλώματος Τα κυκλώματα λογικής (πύλες και flip-flops) μετασχηματίζονται σε φυσικό σχέδιο (layout) Φυσικό σχέδιο: Η γεωμετρία κάθε μάσκας κατασκευής του ολοκληρωμένου κυκλώματος Αυτοματοποιημένη τοποθέτηση στο χώρο και διασύνδεση με τα καλώδια Η ανθρώπινη παρέμβαση βοηθά στον κατάλληλο περιορισμό των αυτόματων εργαλείων Πλήρως ελεύθερη σχεδίαση από τον άνθρωπο (τρανζίστορ προς τρανζίστορ) γίνεται μόνο για εξαιρετικές επιδόσεις, στις μνήμες και στα αναλογικά κυκλώματα Συστήματα VLSI 11

Η ροή σχεδίασης Συστήματα VLSI 12

Circuit design in fpgas We replace the last part of the flow with FPGA development boards Συστήματα VLSI 13

Διαδικαστικά μαθήματος Όλες οι πληροφορίες που αφορούν στο μάθημα θα αναρτώνται στο site του μαθήματος στο eclass και μόνο εκεί Το μάθημα περιλαμβάνει: Διαλέξεις Εργαστηριακές ασκήσεις (6 κάθε 2 εβδομάδες) και εβδομαδιαίες ασκήσεις για το σπίτι (40% τελικού βαθμού) Πρόοδο (20% τελικού βαθμού) Τελική εξέταση (40% τελικού βαθμού) Επικοινωνία με το διδάσκοντα: Το γραφείο μού είναι στο κτήριο Β το 1.11 (1 ος όροφος) Ώρες γραφείου Κάθε Τετάρτη 09:00-11:00 Ηλεκτρονική διεύθυνση: dimitrak@ee.duth.gr Συστήματα VLSI 14

Βιβλιογραφία Digital Design An embedded systems approach with VHDL, Peter Ashenden CMOS VLSI Design: A Circuits & Systems Perspective, Neil Weste, David Harris Συστήματα VLSI 15

High-level computation model Συστήματα VLSI 16

Register-transfer level design Συστήματα VLSI 17

RTL language Συστήματα VLSI 18

Συστήματα VLSI 19

Example Συστήματα VLSI 20

Running example Acc and Sum should swap values Συστήματα VLSI 21

Running example Compute z=4*x+2*y Acc=x, Sum=Z αποθήκευσε το τελικό αποτέλεσμα z στον καταχωρητή Sum Συστήματα VLSI 22

Controller and Datapath: Example 1 Algorithm Συστήματα VLSI 23

Complete example 2: Datapath + Controller FSM Συστήματα VLSI 24