Logičko projektovanje računarskih sistema - rt-rk.uns.ac.rs · PDF fileO predmetu Gradimo most! 01 Mar 2017 L01. Uvod i ponavljanje gradiva 4 Fizika Elektrotehnika Analogna elektronika

Dobro došli!

Logičko projektovanje računarskih sistema 2

L01. Uvod. Pojam bita i predstave brojeva

Logičko projektovanje računarskih sistema 2

L01. Uvod. Pojam bita i predstave brojeva

O predmetu

Gradimo most!

21 Feb 2018 L01. Uvod i ponavljanje gradiva 4

FizikaElektrotehnikaAnalogna elektronikaDigitalna elektronika

ProgramiranjeObjektno programiranjeAlgoritmiObrada signala

LPRS

O predmetu

Naučićemo da projektujemo hardver i softver računarskih sistema.

TRI CELINE

1. Projektovanje digitalnih sistema

2. Projektovanje procesorskih sistema

3. Projektovanje računarskih sistema


I celina. Projektovanje digitalnih sistema

• Pojam bita. Predstava brojeva

• Digitalna logička kola. CMOS

• Kombinacione mreže i njihov opis u VHDL jeziku

• Sekvencijalne mreže i njihov opis u VHDL jeziku

• Vremenske karakteristike digitalnih sistema

• Protočne strukture u digitalnim sistemima


II celina. Projektovanje procesorskih sistema

• Strukture za računanje

• Upravljačke jedinice

• Procesor – implementacija bez protočne strukture

• Projektovanje skupa instrukcija. Asembler

• Prevodioci viših programskih jezika


III celina. Projektovanje računarskih sistema

• Memorijska hijerarhija i projektovanje skrivenih memorija

• Virtualna memorija

• Prekidi i periferne jedinice

• Implementacija procesora sa protočnom strukturom

• Problemi protočne strukture


Šta treba da znam ovog trenutka?

• Algebra (Bool-ova algebra)• Šta su AND, OR, NOT, NAND, itd.?

• Kako se računa pomoću logičkih operacija?

• Osnovi elektrotehnike• Šta je napon?

• Kako se rešava kolo jednosmerne struje?

• Osnovi elektronike• Šta su logička kola i kako se prave?

• Šta su kombinacione i sekvencijalne mreže?


Šta treba da instaliram na svoj računar?

(Microsoft Windows 7 OR Microsoft Windows XP OR Linux)

AND

(Xilinx ISE WebPACK 14.7)

http://www.xilinx.com


http://www.xilinx.com/

Koliko puno ću učiti?

• Fond časova: 4+4• Predavanja

• Sreda 17:15 – 19:00

• Petak 15:45 – 17:30

• Laboratorijske vežbe• 2 x 2 časa nedeljno, prema rasporedu

• Sve aktivnosti (nastava, domaći zadaci, učenje, ispiti)Ukupno 240 sati = 8 ECTS poena


Literatura

1. Vladimir Kovačević, Branislav Atlagić: „Logičko projektovanje računarskih sistemaII: Projektovanje računarskih sistema“, FTN Izdavaštvo (238), Novi Sad, 2009.

2. Nebojša Pjevalica, Ivan Kaštelan, Nikola Teslić, Vladimir Kovačević: „Logičko projektovanje računarskih sistema 1: zbirka rešenih zadataka“, FTN Izdavaštvo (629), Novi Sad, 2017

+ Prezentacije sa predavanja (PPT)

+ Materijali za laboratorijske vežbe (PDF)


Nastavnički tim


doc. dr Ivan Kaštelanpredavanja

Đorđe Juhas, MSclab. vežbe

[email protected]

Konsultacije: utorak 12:15 – 13:00(od 27 Feb do prvog termina ispita)

[email protected]

Konsultacije: ponedeljak 08:15 – 09:00(od 05 Mar do prvog termina ispita)

[email protected]

mailto:[email protected]



Organizacija nastave

• Predavanja [predispitna obaveza]• Interaktivna, učešće studenata u diskusiji

• Dodatni oblik nastave – računarske vežbe [predispitna obaveza]• Laboratorija MI B4-1A (Mašinski institut FTN)

• Pokazne vežbe (uglavnom)

• Složeni oblik vežbi (3x)• Prezentacija rešenja domaćeg zadatka (do 3 poena)

• Dodatni zadatak na terminu vežbi (do 2 poena)

• Ukupno 5 poena po vežbi


Predispitne i ispitne obaveze

• Domaći zadaci (2x) [predispitna obaveza]• Predaju se predmetnom nastavniku na papiru

• Domaći zadaci služe kao priprema za testove

• 5 poena po domaćem zadatku; mogućnost osvajanja dodatnih poena

• Testovi (4x) [predispitna obaveza]• Dva testa sa zadacima za rad na papiru i dva testa sa zadacima na računaru

• 10 poena po testu; održavaju se ukupno dva puta u toku semestra

• Finalni ispit• Obavezna prijava na studentskoj službi u redovnim terminima

• Sastoji se iz zadataka za rad na papiru i zadataka za rad na računaru


Nadoknada predispitnih obaveza

• Student ne može popravljati osvojen broj poena sa predispitnih obaveza – prisustva, složenih oblika vežbi, testova i domaćih zadataka.

• Jedna računarska vežba koja spada u složene oblike vežbi se može nadoknaditi na kraju semestra, ukoliko postoji opravdan razlog odsustva u redovnom terminu.

• Nadoknada testova nije predviđena, osim u opravdanim okolnostima, uz obavezno odobrenje predmetnog nastavnika, šefa katedre i rukovodioca departmana.


Poništavanje ocene

• Poništavanje predispitnih obaveza nema smisla jer se ne mogu popravaljati.

• Poništavanje ispita se može uraditi na terminu ispita:• Student ima pravo da, praćeno svojim potpisom, ispitnu svesku označi sa

„PONIŠTENO“ i time poništi svoj rad.• Poništeni ispit se neće pregledati.

• Ostvarena ocena na ispitu se prosleđuje studentskoj službi.

• Student ima pravo da poništi ispit do 72h nakon polaganja prigovorom studentskoj službi. Ukoliko se prigovor uvaži, student je u obavezi da ispit polaže u narednom ispitnom roku. Ocena prilikom ponovnog polaganja je konačna i ne može da se poništi.


Važenje predispitnih obaveza

• Ukoliko se ispit ne položi tokom tekuće školske godine, broj poena ostvaren na predispitnim obavezama važi 3 semestra nakon semestra u kome je predmet pohađan.

• Studentima koji su predmet pohađali pre školske 2017/18 god. i koji nisu položili ispit, ostvareni poeni sa predispitnih obaveza u godini u kojoj su slušali predmet važe do 28.02.2019.


Formiranje zaključne oceneCelina Broj poena Struktura Napomena

Prisustvo na predavanjima i vežbama 5 3 + 23 poena na predavanjima

2 poena na vežbama

Domaći zadaci – papirni deo 10 2 x 5

Složeni oblici vežbi 15 3 x 5

Testovi 40 4 x 102 testa na papiru

2 testa na računaru

PREDISPITNE OBAVEZE 70obavezan minimum od

ukupno 21 poen

FINALNI ISPIT 30Pismeni ispit

(papir + računar)

UKUPNO 100


Akademska etika

• Poštovanje intelektualnih prava

• Očekujemo poštenje prilikom izrade ispitnih obaveza

• Dozvoljeno:• Grupni rad prilikom izrade domaćih zadataka i vežbi uz referenciranje

• Na papirnom rešenju navesti imena svih članova grupe (ali svako predaje pojedinačno)

• Na računarskom rešenju svi članovi grupe treba da pokažu zadovoljavajuće znanje

• Nije dozvoljeno:• Grupni rad prilikom izrade domaćih zadataka i vežbi, a potpisivanje samo sebe

• Grupni rad prilikom izrade testova i finalnog ispita


© Telegraph UK

http://www.rt-rk.uns.ac.rs


http://www.rt-rk.uns.ac.rs/

http://www.rt-rk.uns.ac.rs


Kalendar

Materijali

http://www.rt-rk.uns.ac.rs/

Kalendar održavanja nastave



© 123RF

Pojam bita i predstave brojeva


Informacija

Nešto što primimo (podaci) sa ciljem smanjivanja neodređenosti o nekoj činjenici ili pojavi.

Primer: karta se uzima slučajno iz špila od 52 karte. Koja poruka donosi najviše informacije?

• Karta je sa znakom herca.

• Karta nije A pik.

• Karta je jedna od: J, Q, K.

• Karta je kralj herca.


1351121

Koliko je preostalo mogućnosti?

Claude Shannon (1948)

Slučajna promenljiva X• N mogućih vrednosti: X1, X2, … XN

• Verovatnoće: p1, p2, … pN

Informacija koju donosi svaka od mogućih vrednosti:

𝐼 𝑥𝑖 = 𝑙𝑜𝑔21

𝑝𝑖[bit]

Koliko informacije nosi poruka „Karta je sa znakom herca“?


2 bit

Primeri računanja količine informacije

Podatak Verovatnoća podatka Količina informacije [bit]

Karta je sa znakom herca.

Karta nije A pik.

Karta je jedna od: J, Q, K.

Karta je kralj herca.


Primeri računanja količine informacije

Podatak Verovatnoća podatka Količina informacije [bit]

Karta je sa znakom herca. 13/52 Log2(52/13) = 2 bit

Karta nije A pik. 51/52 0.028 bit

Karta je jedna od: J, Q, K. 12/52 2.115 bit

Karta je kralj herca. 1/52 5.7 bit


Količina informacije u skupu poruka (Entropija)Srednja vrednost količine informacije u jednoj poruci u nizu poruka


𝐻 𝑥 =

𝑖=1

𝑁

𝑝𝑖 ∗ 𝑙𝑜𝑔21

𝑝𝑖

Primer: Poruka pi

A 1/3

B 1/2

C 1/12

D 1/12

H(x) = 1.626 bit

Kodiranje podataka

Entropija nam daje informaciju o optimalnoj širini (broju bita) potrebnom za kodovanje poruka iz skupa svih poruka.

Mora biti nedvosmisleno!

Npr. A 0 Šta je 0 1 1 0 ?

B 1

C 10

D 11


Kodovanje fiksne dužine

Engl. Fixed-length encoding

• Svaki simbol u poruci ima isti broj bita.

Npr. BCD (Binary Coded Decimal)

Da li je optimalno?


Simbol Kod

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

Simbol Kod

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

Optimalno kodovanje pozitivnih celih brojeva

Binarna predstava broja!

𝒗𝒓𝒆𝒅𝒏𝒐𝒔𝒕 =

𝒊=𝟎

𝑵−𝟏

𝟐𝒊 ∗ 𝒄𝒊

npr. 24 11000

Heksadecimalna notacija: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F


24 0x18

Binarna predstava negativnih brojeva

Nekoliko mogućnosti:

• Znak-moduo : 0 (+) 1 (-) znak & apsolutna_vrednost

• Prvi komplement : negacija binarne predstave

• Drugi komplement: negacija binarne predstave + 1

-24 : 00011000 11100111 11101000


Operacije nad binarnim brojevima – ponoviti!

• Kako se radi sabiranje?

• Kako se radi oduzimanje?

• Kako se radi množenje?

• Logičke operacije


Binarna predstava racionalnih brojeva

• Binarna predstava u nepokretnom zarezu/tački (Fixed-point)


0 1 0 0 1 1 0 1

Dogovorimo se da je tačka ovde!

8 + 1 + 1/2 + 1/8 = 9.625


• Binarna predstava u nepokretnom zarezu/tački (Fixed-point)

• Negativni racionalni brojevi: drugi komplement svih bita!


0 1 0 0 1 1 0 1

Dogovorimo se da je tačka ovde!

8 + 1 + 1/2 + 1/8 = 9.625


• Binarna predstava u pokretnom zarezu/tački (Floating-point)


0 1 0 0 1 1 0 1

Znak Eksponent Mantisa(označen) (1 + razlomljeni deo)

𝒗𝒓𝒆𝒅𝒏𝒐𝒔𝒕 = (−𝟏)𝒁 ∗ 𝑴 ∗ 𝟐𝑬

+ 1.1101 * 2100 (binarno)+ 1.8125 * 2-4

Kodovanje promenljive dužine

Zbog optimizacije binarne predstave simbola:

Simboli veće verovatnoće treba da imaju manju dužinu.

Simboli manje verovatnoće treba da imaju veću dužinu.


Huffman

• Algoritam:• 2 simbola sa najmanjom verovatnoćom se spajaju u podstablo

• Formirano podstablo se posmatra kao simbol u narednoj iteraciji, sa verovatnoćom jednakom zbiru svojih članova

• Iterativno se formiraju viši nivoi stabla


Primer Huffman kodovanja


Poruka pi

A 1/3

B 1/2

C 1/12

D 1/12

Kod

11

0

100

101

𝐻 𝑥 =1

3∗ 2 +

1

2∗ 1 +

1

12∗ 3 +

1

12∗ 3 =

5

3~ 1.667 𝑏𝑖𝑡 > 1.626 𝑏𝑖𝑡

Detekcija greške u prenosu podataka

• Bit pariteta• Neparni paritet – ukupan broj jedinica (sa paritetom) treba da bude neparan

• Parni paritet – ukupan broj jedinica (sa paritetom) treba da bude paran

• Koja funkcija formira bit pariteta?• Neparni paritet?

• Parni paritet?


X Y X xor Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

XOR

XNOR

OK, znam da kodujem poruku, ali …


Kako da predstavim elementarne simbole 0 i 1?

© Universal Studios, Revealing Homes


Documents

Logičko projektovanje računarskih sistema - rt-rk.uns.ac.rs · PDF fileO predmetu Gradimo most! 01 Mar 2017 L01. Uvod i ponavljanje gradiva 4 Fizika Elektrotehnika Analogna elektronika