Date post: | 02-May-2015 |
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RETI LOGICHE L-A
OrarioLunedì ore 14-16 17 (ora Q) [aula 5.7],
Giovedì ore 9-12 [aula 6.2], Venerdì ore 9-11 [aula 6.1]
Informazioni, programma, materiale didattico(slide, compiti a casa, testo e soluzione di prove d’esame)
www.lia.deis.unibo.it/Courses/2007-08
DispenseR. Laschi, M. Prandini: “Reti Logiche”, Esculapio, 2007
RicevimentoVenerdì ore 11-13; Mercoledì ore 15-17, previo accordo telefonico
(051 20) 93005 o via e-mail ([email protected])
Regolamento prove
d’esameIn ogni A.A. sono previsti 6 appelli d’esame:Giugno, Luglio, Settembre, Dicembre, Gennaio, Aprile
L’esame consiste in due prove:1. prova scritta (2 esercizi)
• punti complessivamente disponibili: 20• superamento: punteggio di ciascun esercizio 4
2. prova orale• punti disponibili: 10• superamento: punteggio 4
Voto esame: somma dei punteggi delle due prove
Nella sola SESSIONE ESTIVA: - la prova orale può essere sostituita dalla prova intermedia, se superata con almeno 4 punti (o, per chi ha superato la prova scritta di Giugno, con il primo esercizio della prova di Luglio)- ogni compito a casa, svolto congiuntamente da due Studenti e consegnato in tempo, incrementa il voto finale fino a 0,5 punti
prova intermedia: Sabato 24 Maggio, ore 9.00-13.00, aula 6.2 I prova scritta: Giovedì 26 Giugno, ore 14.30-18.30,aula 6.2 II prova scritta: Mercoledì 16 Luglio, ore 14.30-18.30,aula 6.2
Date prove scritte d’esame
sessione estiva
iscrizione obbligatoria tramite Uniwex
Aspiranti ingegneri dell’informazione
RETI LOGICHEinsegna
a descrivere ea progettare le
MACCHINE DIGITALI
Eugenio Faldella (ET)Roberto Laschi (I)Stefano Mattoccia (A)Marina Pettinari (ET)
Obiettivi del corso
Macchine digitali
Sistemi artificiali
che impiegano grandezze fisichecontraddistinte da un
insieme discreto di valori “significativi”(segnali digitali)
per rappresentare, elaboraree comunicare informazioni
il“mezzo”
il“fine”
complessità
tecnologiatempo
controllo
elettrica elettronica
tutte leattività
3000 anni di storia e 4 tecnologie
calcolo
manuale meccanica
misura
“Pervasive Digital Era”
Ogni livello individua entità (sottosistemi,unità, moduli, …, componenti “primitivi”)
opportunamente cooperanti,contraddistinte da ben predefiniti ruoli,
funzionalità, interfacce e protocollidi interazione con le altre entità
operanti nello stesso livelloo nei livelli adiacenti della gerarchia.
Esplorando i livelli della gerarchiadall’alto verso il basso,
aumenta il numero di entità,ma diminuisce la complessità
di ciascuna di esse, dal punto di vistasia comportamentale che strutturale.
La descrizione del comportamentodi un sistema complesso,
in ogni ambito ingegneristico,è inevitabilmente articolata su più livelli
(approccio “divide et impera”).
Livelli di descrizione
I livelli di descrizione di una diffusissimamacchina digitale: il calcolatore elettronico …
Livellologico
Livellofisico
Livelloarchitetturale
Calcolatori Elettronici L-A
Elettronica Digitale L-A
Reti Logiche L-A
Microelettronica L-A
Fondamentidi Informatica L-A
Funzioni,variabili,
espressioni
Livello logico
Livello fisico
Livello architetturale
processore,memoria, I/O
RAM, Registro,Contatore, ALU,
Decoder, Multiplexer
Affidabilità, velocità,ingombro, consumo,
costo
Adattabilità, velocità,capacità, sicurezza,
espressività
Descrizione formale,composizione,
decomposizione
segnali ecircuiti
modello della macchina digitale che consente• di astrarre dalla tecnologia• di dettagliare l’immagine architetturale
Argomenti da affrontare per impiegare il modello:• Modalità di rappresentazione, elaborazione
e trasferimento dell’informazione• Metodi per la definizione formale delle specifiche• Metodologie di progetto
Rete Logica:
Descrizionedella
STRUTTURA
Descrizionedel
COMPORTAMENTO
Sintesi
Analisi
I due contesti progettuali oggetto di studio
astrazione
cosa fa
come èfatta
Macchinadigitale
esitounivoco
nonunivoco
Progettazione top-down e bottom-up
Livello n
Componenti “primitivi” per il livello n
Comportamentodell’intero sistema
Struttura formata da sottosistemi
Livello 0 Fenomeni fisici all’interno di materiali
Livello n-1
Componenti “primitivi” per il livello n-1
Comportamentidei vari
sottosistemi
Strutture formate da parti più semplici
Componenti “primitivi” per il livello 1
Livello 1
Schemi circuitali
Andamenti di tensioni e di
correnti elettriche
Descrizione dellastruttura che
presentail nuovo
comportamento
CAD
Il progetto, o sintesi, su un livello
nuovocomportamento
Elenco dei componenti
disponibili, del loro comportamento e
delle modalità con cui
farli interagire
Metodologie per l’ottimizzazione
del costo e delle prestazioni
nuovocomponente
Cap.1: Introduzione alle macchine digitali
Cap.2: Rappresentazione, elaborazione,trasferimento dell’informazione
Programma
Cap.3: Modelli e metodi per la descrizioneformale delle specifiche
Cap.5: Metodologie per la sintesi e l’analisidi reti combinatorie
Cap.6: Metodologie per la sintesi e l’analisi di reti sequenziali asincrone
Cap.7: Metodologie per la sintesi e l’analisi di reti sequenziali sincrone
Saperfare
Sapere
Cap.4: Componenti logici elementari ealgebra di commutazione
OraleProva intermedia
OraleProva scritta
Macchine digitali:dal livello fisicoal livello logico
La gestione dell’informazione a livello fisico
Segnale: grandezza fisica variabile nel tempo, il cui andamento o forma d’onda identifica l’informazione che la sorgente intende inviare alla destinazione.Segnale analogico: ogni variazione della grandezza fisica modifica l’informazione trasportata. Segnale digitale: solo a “significative” variazioni della grandezza fisica corrisponde una modifica dell’informazione trasportata.
segnalidestinazione
I circuiti elettronici che formano il livello fisicodi una macchina digitale coordinano il loro funzionamento
scambiandosi informazioni veicolate da “segnali”.
sorgente
Forma d’onda di un segnale
• Il segnale analogico
• Il segnale digitale
• Il segnale binario
L
H
s(t) informazione
“rumore”
Segnali analogici vs. segnali digitali
IPOTESI: si dispone di una tensione elettrica V variabile nell’intervallo0-10 volt, di cui si è in grado di generare (lato sorgente) e misurare (lato destinazione) il valore con la precisione del centesimo di volt.
SOLUZIONI
Segnale analogico: posto V = N, la comunicazione richiede una sola unità di tempo, ma un “rumore” di entità pari a 0,01 volt altera il valore trasferito.
Segnale digitale: suddiviso l’intervallo di variabilità del segnale V in 10 fasce da 1 volt, la comunicazione richiede tre unità di tempo, una per ciascuna cifra decimale; l’immunità al rumore è pari a 0,5 volt.
Segnale binario: suddiviso l’intervallo di variabilità del segnale V in 2 fasce da 5 volt, la comunicazione richiede dieci unità di tempo; l’immunità al rumore è pari a 2,5 volt.
PROBLEMA: trasferire il valore N di un numero intero (0 ≤ N ≤ 999).
1/4
2/4
3/4
4/4
4 segnali
1/82/83/84/85/86/87/88/8
8 segnali
Segnali analogici vs. segnali binari
PROBLEMA: evidenziare il livello del carburante in un’automobile
SOLUZIONI: 1 segnale analogico, oppure,a parità di contenuto informativo, una molteplicità di segnali binari
sensore(on/off) riserva
1 segnale
...
Fenomeni fisici e segnali binari
fenomenofisico
fenomenofisico“causa”“causa” “effetto”“effetto”
segnaletensione
segnalecorrente
circuito elettrico
contattomobile
caricosorgente di
alimentazione
correnteelettrica
correnteelettrica
il transistorebipolare unipolare
effetto
corrente SI / NO
causa
valore “alto” / “basso”
“Interruttori” elettronici
tempo
tensioneo correntein ingresso
H
L
tempo
correntein uscita
H
L
correnteelettrica
tensioneelettrica
Tecnologia e prestazioni
ManualeMeccanicoElettricoElettronico
evoluzione
Azionamento
Transistore unipolare
area: 10-9 mm2
velocità: 1010 commutazioni/sconsumo: 10-4 wattcosto: 10-3 lire
Integrazione!
segnali analogicimicrofonotermostatoaltimetro
I/O analogico
Elaborazionedi
segnalibinari
segnali binarilampadinamonitorfloppy
ConvertitoreD/A
segnali analogicialtoparlanteplotterdinamo
segnali binaritastieramousefloppy
ConvertitoreA/D
Variabili binarie
logica negativa
Segnali binari: Presente, Assente Alta, Bassa Aperto, Chiuso Accesa, Spenta ecc.
Bit (binary digit)Variabile x tale che x B:0,1
logica positiva o negativa
correntex
1
0 presente
assente
x
0
1
tensione
alta
bassa
x
0
1
x
1
0
contatto
aperto
chiuso
x
0
1
x
1
0
lampada
spenta
accesa
x
0
1
x
1
0
logica positiva
Configurazioni binarie
• Le distinte configurazioni binarie di n bit sono 2n.
• Una configurazione di n bit può rappresentare: i valori di n segnali binari in un certo istante; i valori di un segnale binario in n istanti. n=3:
x1 x2 x3
0 0 01 0 00 1 00 0 11 1 01 0 10 1 11 1 1
Configurazione binaria di n bit: stringa di n simboli {0,1}. x1 x2 x3 xn
n bit
x1
t
0
x2
x3
0
0
1 0 0x
t1 t2 t3
010 111 000 011 111 …x1x2x3
notazione alternativa: