Obiettivi formativi
<br />Obiettivo del corso è fornire le basi culturali per l’analisi e la progettazione di sistemi digitali sincroni. Il corso presenterà sia le metodologie tradizionali, sia tecniche di ottimizzazione di tipo algoritmico/euristico, tipicamente presenti nei flussi di progettazione legati agli ambienti CAD di Design Automation per uso industriale.
Prerequisiti
<br />Fondamenti di informatica B (consigliato)
Contenuti dell'insegnamento
<br />Introduzione ai sistemi digitali<br />Evoluzione delle tecnologie elettroniche. Finalità e limiti dei sistemi digitali sincroni<br /><br />Reti combinatorie<br />1 - Richiami: Espressioni canoniche e generali SP e PS. Analisi e sintesi di funzioni completamente specificate mediante mappe di Karnaugh.<br />2 - Estensione delle tecniche di analisi e sintesi per reti combinatorie a due livelli: Funzioni incompletamente specificate. Reti a più uscite (metodo degli implicanti/implicati primi multipli). Analisi e sintesi di reti a NAND e a NOR.<br />3 - Strumenti CAD per la sintesi di reti combinatorie: Algoritmo di Quine-McCluskey. Espresso. Simulazione logica.<br />4 - Reti a più livelli e progettazione con moduli integrati: Fattorizzazione e scomposizione di espressioni. Progettazione mediante composizione di moduli combinatori MSI e LSI. <br />5 - Logiche programmabili (PLA, PAL, GAL).<br />6 - Circuiti combinatori dedicati: Circuiti aritmetici (sommatore, comparatore, ALU). Convertitori di codice. Circuiti per controllo di parità e codice di Hamming. Circuiti a EXOR.<br />7 - Fenomeni transitori nelle reti combinatorie: alee statiche e dinamiche.<br /><br />Reti sequenziali sincrone <br />1 - Modelli di Mealy e di Moore. Analisi di circuiti logici elementari con ritardi e retroazione. Funzionamento in modo fondamentale.<br />2 - Reti per la memorizzazione dello stato: Latch SR e D; Flip-Flop D, JK e T. Problemi di temporizzazione. Temporizzazione dei circuiti sincroni.<br />3 - Automi a stati finiti: Strumenti di definizione dell'automa (diagramma degli stati, tabelle di flusso e linguaggi di descrizione). Minimizzazione degli stati. <br />4 - Procedimenti di analisi e di sintesi delle reti sequenziali sincrone: Codifica degli stati. Marcatura dello stato con diversi tipi di elementi di ritardo.<br />5 - Comandi di Preset e Clear nei Flip-Flop sincroni. Reti con ingressi asincroni o impulsivi.<br />6 - Progettazione di contatori binari, contatori Johnson, registri paralleli e seriali.<br />7 - Logiche programmabili sequenziali (FPGA).<br /><br />Analisi e sintesi di sistemi complessi.<br />1 - Progettazione di reti sequenziali con moduli integrati (registri, contatori, registri a scorrimento).<br />2 - Suddivisione tra parte di controllo e datapath.<br />3 - Cenni al pipelining.<br />4 - Cenni ai formalismi per la descrizione dell’hardware.<br />Attività d'esercitazione<br />Oltre alle esercitazioni in aula sono previste alcune esercitazioni in laboratorio con l'uso di semplici strumenti CAD per design entry e simulazione logica.<br />Le esercitazioni hanno lo scopo di familiarizzare lo studente con le problematiche di analisi delle specifiche di progetto e nel contempo fargli acquisire padronanza delle tecniche di analisi e sintesi di circuiti combinatori e sequenziali.
Programma esteso
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Bibliografia
<br />Testi di riferimento<br /><br /><br />Dispense e copie delle trasparenze presentate a lezione (reperibili sul sito web del corso).<br /><br />Bolchini, Brandolese, Salice, Sciuto, Reti Logiche, Apogeo, 2004, ISBN: 88-503-2229-1<br />Testi di approfondimento<br />M.M. Mano, Digital Design, 3/e, Prentice Hall, 2002.<br />Il seguente testo, già a disposizione di molti studenti, copre solo parte del programma del corso:<br />M.M. Mano, C. R. Kime, Reti Logiche, Addison-Wesley/Pearson Education Italia, 2002.<br />
Metodi didattici
<br />Due prove scritte intermedie (modo suggerito) oppure una prova scritta complessiva. Le prove scritte comprendono sia esercizi sia domande di teoria. La prova orale, facoltativa, è riservata a chi ha superato con voto almeno sufficiente lo scritto.
Modalità verifica apprendimento
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Altre informazioni
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