Načrtovanje računalniških sistemov

Učni načrt

Podatki so iz učnega načrta, ki ga objavlja Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko. Prebrano 6. 9. 2026. Poglej izvirnik

5 kreditnih točk

Obveznosti v urah

• Predavanja30 ur
• Vaje30 ur
• Samostojno delo90 ur

Vsebina

1. Uvod: integrirano načrtovanje strojne in programske opreme, sodobne načrtovalske tehnologije ter mikroekonomski kazalniki uspešnosti. Analiza vpliva strojne in programske opreme na trajnostni (zeleni) in digitalni prehod v sodobni družbi.
2. Digitalna tehnika: osnovni pojmi digitalne logike, logični napetostni nivoji in načela delovanja logičnih vezij. Pregled logičnih družin, vključno z uporovno-tranzistorsko (RTL), diodno-transistorsko (DTL) in tranzistorsko-logično (TTL) logiko ter CMOS tehnologijo, s poudarkom na njihovem vplivu na hitrost delovanja, integracijo in porabo električne energije. Vpliv izbranih tehnologij na oblikovanje sodobnih mikroprocesorjev in nizkoenergijskih digitalnih sistemov.
3. Kompleksna digitalna vezja: načela načrtovanja in analiza kombinatoričnih vezij, vključno z multiplekserji, kodirniki, dekodirniki in komparatorji. Pregled pomnilniških in sekvenčnih vezij, kot so registri, pomnilniške celice, števci in pomnilniške strukture za sinhronizacijo ter nadzor podatkovnega toka. Integracija v modularne digitalne sisteme ter vpliv na hitrost, porabo energije in zanesljivost sodobnih mikroprocesorjev in elementov FPGA.
4. Programiranja elementov FPGA, z uvodom v prehod proti nevromorfnim arhitekturam. Opisni jeziki za strojno opremo (Verilog in VHDL) ter primerjava vzorcev programiranja med opisnimi jeziki in klasičnimi programskimi jeziki, z vidika modeliranja, sinteze in optimizacije digitalnih sistemov.
5. Povezovanje komponent: sistemska vodila in njihove ključne lastnosti, razvoj tehnologij vodil ter načela usklajenega delovanja računalniških sistemov (princip gospodar-suženj). Pregled tristanjske logike, metod naslavljanja in naslovne logike.
6. Sklop procesor–pomnilnik: načela usklajenega delovanja mikroračunalniških komponent pri sinhronem in asinhronem prenosu podatkov, vključno z operacijami branja in pisanja. Pregled časovnih diagramov, nadzornih signalov in mehanizmov za preprečevanje konfliktov ter optimizacijo dostopa do pomnilnika.
7. Povezovanje procesorja z vhodno-izhodnimi krmilniki: načela prekinitvenega delovanja in sinhronizacije vhodno-izhodnih operacij, uporaba specializiranih visokohitrostnih vodil ter standardiziranih komunikacijskih protokolov. Pregled lastnosti, zmogljivosti in praktične uporabe protokolov, kot so RS-232, I2C, SPI, UART, Ethernet in USB, z vidika prenosa podatkov, zanesljivosti, latence in združljivosti v sodobnih mikroprocesorskih in vgrajenih sistemih.
8. Računalniški sistemi z analognimi moduli: načela delovanja A/D (analogno-digitalnih) in D/A (digitalno-analognih) pretvornikov ter njihova integracija v digitalne sisteme. Pregled izbranih analognih vezij, kot so aktivni filtri, ojačevalniki ter njihova vloga pri obdelavi informacij. Električna skladnost in kompatibilnost med digitalnimi in analogno-elektronskimi moduli, z vidika preprečevanja motenj, optimizacije natančnosti, zanesljivega prenosa podatkov, porabe energije in stabilnosti sodobnih vgrajenih sistemov.
9. Ukrepi za varčevanje z energijo pri razvoju programske opreme: načela energetsko učinkovitega programiranja, vključno z optimizacijo algoritmov, struktur podatkov in upravljanjem virov. Pregled in analiza strategij za strojno in programsko optimizacijo, kot so zmanjšanje procesorskih ciklov, učinkovita raba pomnilnika, prilagajanje frekvence in napetosti procesorja ter uporaba nizkoenergijskih funkcij sodobnih mikroprocesorjev in vgrajenih sistemov. Analiza vpliva ukrepov varčevanja z energijo na zmogljivost, odzivnost, varnost in zanesljivost programskih rešitev.
10. Prehod računalništva na kvantne tehnologije: osnovni principi kvantnega procesiranja podatkov, vključno s koncepti kvantnih bitov (qbitov) in kvantnih registrov. Pregled osnovnih kvantnih operacij, algoritmov in programskih vzorcev kvantnega programiranja ter implementacija kvantnih logičnih vrat. Uvod v kvantno komunikacijsko tehnologijo, vključno s kvantno teleportacijo, kvantnim ključem in zaščito prenosa podatkov. Analiza prednosti kvantnih sistemov glede hitrosti, paralelizma in zanesljivosti ter izzivi prehoda na kvantne procesorje (dekoherenca, napake in skalabilnost sodobnih kvantnih računalnikov).

Ocenjevanje

Ustni izpit 50 %, Laboratorijsko delo 50 %

Pogoji za vključitev

Ni pogojev.

Literatura

• B. C. Readler: VHDL By Example. Lulu Enterprises Inc. 2014

Kako deluje

1. Zapiske kupiš enkrat in ostanejo tvoji.
2. V aplikaciji iz njih dobiš kartice, kvize in Mai, ki pozna gradivo.
3. Ceno določi avtor. Prodajalec je Mislo AI, račun dobiš od nas.