Bài giảng Thiết kế logic số (VLSI Design): Chương I

Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng

Trang 1

Thiết kế logic số

(VLSI design)

Bộ môn KT Xung, số, VXL

quangkien82@gmail.com https://sites.google.com/site/bmvixuly/thiet-ke-logic-so

08/2012

Trang 2

1.Thiết kế về mặt logic (chức năng) các khối vi mạch số

cỡ vừa và cỡ lớn (LSI, VLSI)

đưa thiết kế vào ứng dụng thực tiễn.

Mục đích & nội dung

2/25

Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số

quangkien82@gmail.com

Trang 3

Bài toán thiết kế vi mạch số

• Simple digital circuit (SSI, MSI)

3/25

Trang 4

Bài toán thiết kế vi mạch số

• Digital embedded system

4/25

Trang 5

• Mức độ tích hợp: LSI, VLSI , SoC (vài ngàn đến hàng tỷ

transitor).

5/25

Trang 6

• Điều kiện làm việc

- Worst case (Temperature, EMF, pressure…)

- Real-time computing

6/25

Trang 7

• Khả năng tính toán: (Mflops –> Tflops), ASIC có thể thay thế

hệ máy tính trong giải quyết những bài toán ứng dụng cụ

thể.

7/25

Trang 8

VLSI example: PU design

WE PB_IN

INT

RW

ADR_OUT STRB_ADR

VECTOR

TO MATRIX

DOUT

Σ Y

MSB

REG_CON_9 REG_CON_8

REG_CON_1

CENTRAL CONTROL UNIT

ADR_OUT Address incrementor

RDY_SB_OUT RDY_SB_IN

FUNCTIONAL UNITS

INPUT ALIGNMENT

CONFIGURATION REGISTERS

ADDRESS GENERATOR

Trang 9

Chương I

•Các kiến thức chung (nhắc lại từ Điện Tử Số)

•HDL & Automation Design

•Các thuật toán và sơ đồ để thiết kế một số khối LSI thông dụng

•Kỹ năng TK: Các khối LSI, VLSI: CLA, nhân, chia số nguyên, số thực, có dấu và không dấu, Memory,

cấu trúc CPU đơn giản.

•Kỹ năng TK: Hiện thực hóa thiết kế ở các chương trứoc trên FPGA, lập trình giao tiếp bằng VHDL cho

các ngoại vị đơn giản : UART, PS/2, I2C, SPI, VGA/LCD.

Nội dung môn học

9/10

Chương IV: Thiết kế mạch số trên FPGA quangkien82@gmail.com

Trang 10

Tài liệu tham khảo

• Giáo trình Thiết kế logic số- Trịnh Quang Kiên, Lê Xuân Bằng HVKTQS -12-2011

• Lê Xuân Bằng - Kỹ thuật số (Tập 1) - NXB Khoa học kỹ thuật – Năm 2008

• Đỗ Xuân Tiến - Kỹ thuật Vi xử lý và lập trình Assembly –NXB Khoa học kỹ thuật – Năm 2002

• Nguyễn Thúy Vân - Thiết kế logic mạch số - NXB Khoa học kỹ thuật - Năm 2005

• Nguyễn Linh Giang - Thiết kế mạch bằng máy tính –NXB Khoa học kỹ thuật - Năm 2005

• IEEE VHDL standard reference 2002 – Năm 2002.

• Milos D Ercegovac and Tomas Lang - Digital Arithmetic - San Francisco Morgan Kaufmann

Publishers - 2004

• Douglas L Perry - VHDL Programming by Example 4th Edition - 2002

• INTERNET

•

-• S S Limaye Digital Design with VHDL – 2002

• Enoch O Hwang - Microprocessor Design Principles and Practices with VHDL - 2004

• Mark Balch - Complete digital design - 2003

• Behrooz Parhami - Computer Arithmetic Algorithms and Hardware Designs – Oxford University Press - 2000

• Wakerly J.F - Digital design principles and practices - 1999

• Wai-Kai Chen - The VLSI Handbook, 2 nd Edition - University of Illinois - 2007

• Uwe Meyer-Baese -Digital Signal Processing with FPGA – Springer - 2007

• Xilinx - Spartan-3 Generation FPGA User Guide (ug331.pdf)

• Xilinx - Spartan-3E FPGA Family Datasheet (ds312.pdf)

• MIPS Technology - MIPS Instruction Set Reference Vol I - 2003

• Xilinx - Spartan 3A/3AN Starter Kit User Guide (ug334.pdf)

10/25

Trang 11

Chương mở đầu

• Nội dung : Các khái niệm chung về vi mạch số

Các công nghệ thiết kế vi mạch số Giới thiệu về

Trang 13

VLSI (~1000 000)

LSI (~100 000)

MSI (500)

SSI (~50

Trang 15

-Latch & Flip-flops

Qout Din

Trang 16

-Mạch tổ hợp

Kiến thức chung về vi mạch số

T1 = TNOT + TAND_4 + TNOR + TAND_3 + TOR_2 + TWire1

T2 = TNOT + TAND + TOR_4 + TAND_4 + T OR_4 + TWire2

16/25

Trang 17

Combinational logic2

Combinational logic3

Td1 Tsa Tclk-q Td2 Tsb

Tclk-q Td3

Trang 19

Chương mở đầu: Kiến thức chung về vi mạch số

Digital Design

Manual Design

74xx series 40xx seriess Discrete

component

Automation Design

Full custom ASIC

Các dạng TK số

19/25

Trang 20

Chương mở đầu: Giới thiệu các IC khả trình

Trang 22

Mux4 0 1

3 2

IO

programmable S0 S1

Trang 25

LOGIC BLOCK LOGIC BLOCK ……… LOGIC BLOCK

………

IP_COREs, RAM, ROM

Interconnect wires

Trang 26

C Thiết kế các hệ thống số phức tạp trên FPGA

D.Thiết kế về mặt chức năng cho các khối số và hiện

thực hóa thiết kế trên công nghệ FPGA

26

Trang 27

Câu 2: Phần tử logic cơ bản tạo nên các mạch số là:

Trang 28

Câu 3: Lý do chính phương pháp mô tả mạch số bằng

ngôn ngữ HDL ưu việt hơn các phương pháp khác:

A Thiết kế lưu trữ với dung lượng nhỏ và phổ biến

B Thiết kế được những khối số lớn và phức tạp, hoạt

động ở tốc độ cao.

C Dễ tổ chức và kiểm tra với những thiết kế phức tạp

bằng các công cụ hỗ trợ Thiết kế tự động (CAD Tools)

D Dễ học và dễ sử dụng với sự hỗ trợ của máy vi tính

28

Trắc nghiệm

Trang 29

Câu 4: Nguyên lý xây dựng PROM và các IC khả trình

D Mọi hàm logic đều biểu diễn dưới dạng chuẩn tắc

tuyển hoặc chuẩn tắc hội

29

Trắc nghiệm

Tiêu đề	Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số
Tác giả	Quangkien
Trường học	Trường Đại học Công nghệ Thông tin (UIT)
Chuyên ngành	Thiết kế logic số (VLSI Design)
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	1,66 MB