Цифровая электроника для программистов

[vak]

Антон Моисеев начинает новый курс лабораторных работ в Нижегородском техническом университете:
http://1i7.livejournal.com/940.html
http://1i7.livejournal.com/1267.html
http://1i7.livejournal.com/1471.html



Полный цикл, предложенный Юрой Панчулом, выглядит следующим образом:

1. Сборка простых электронных схем на основе микросхем малой степени интеграции
   • Знакомство с концепциями логического элемента (gate), D-триггера (D-flip-flop) и синхросигнала
   • Макетная плата (breadboard), батарейка, лампочки (LED), проводочки, микросхема генерации синхросигнала (555 Timer), CMOS микросхемы серии 4000, 7-сегментный дисплейчик
   • Лаба - сборка на макетной плате всяких счетчиков и бегающих огоньков
2. Дизайн цифровой логики на языке SystemVerilog с реализацией на платах ПЛИС (FPGA) от Xilinx или Altera
   • Знакомство с языком SystemVerilog и его конструкциями - модуль, порты, сигналы, always-blocks, continuous assignments, blocking и non-blocking assignments
   • Знакомство с концепциями моделирования (HDL simulation), логического синтеза, place-and-route, static timing analysis
   • Знакомство с бесплатным/дешевым софтвером Xilinx ISE WebPACK, Altera Quartus II, Aldec HDL, ModelSim-Altera Starter Edition
   • Знакомство с FPGA платами - Xilinx Basys 2, Xilinx Nexys 2, Altera DE0, Altera DE1
   • Лаба - переписать на верилог, засинтезировать и загрузить на плату дизайнов счетчиков и бегающих огоньков из первой лабы
3. Конечные автоматы и дизайн с адресуемой памятью
   • Знакомство с концепцией конечного автомата (state machine)
   • Знакомство с устройствами ввода на плате - клавишами и кнопками, и как их debounce
   • Знакомство с концепцией адресуемой памяти и интерфейса шины
   • Лаба - конечный автомат, принимающий от переключателей команды чтения и записи в память всяких последовательностей
4. Что такое процессор?
   • Знакомство с концепциями комбинационной и секвенциальная логики (combinational and sequential logic)
   • Лаба - простейший процессор, выполняющий команды в один длинный цикл. Дискуссия о максимальной тактовой частоте.
   • Концепция конвейера
   • Лаба - конвейерный процессор с 3-5 стадий и без interlocks - hazards компенсируются nop-ами
   • Концепция stalls и forwarding
   • Лаба - конвейерный процессор с stalls и forwarding
5. Программирование на голом железе и зачатие операционной системы
   • Лаба - знакомство с платой chipKit32 / PIC32 / MIPS и программирование её на С с помощью Arduino-подобного GUI. Кнопочки, лампочки, дисплейчик, IO Shield.
   • Введение в ассемблер на примере MIPS
   • Лаба - загрузка в память программок на ассемблере
   • Концепция простейшей многозадачной операционной системы
   • Лаба - своя игрушечная многозадачная ОС, которая бутится, ставит обработку прерывания по таймеру, в котором переключает задачи по схеме round-robin.

А я потихоньку продвигаюсь в подготовке пятой части этого цикла.  Рабочие материалы накапливаются здесь: http://vak.ru/doku.php/proj/mips/lab5