Reti logiche

Finalità

Il corso si propone di introdurre le tecniche di descrizione dei sistemi digitali e di presentare i modelli matematici che consentono di progettarne la struttura interna a partire da un appropriato insieme di componenti e soddisfacendo di volta in volta le specifiche derivanti dalla particolare relazione di ingresso/uscita assegnata. Il corso intende presentare in maniera sistematica le tecniche e le metodologie per la analisi e la progettazione dei sistemi digitali. Si propone inoltre di introdurre gli elementi principali della progettazione dell'hardware dei sistemi di elaborazione, con particolare riferimento ai sistemi a microprocessore ed alla progettazione ai livelli di scheda e di sistema.

Programma

Introduzione ai sistemi digitali. Modelli. Livelli gerarchici di descrizione dei sistemi digitali. Macchine astratte: tabelle, macchine con stato, macchine di Turing. Modalità di rappresentazione, trasferimento ed elaborazione delle informazioni. Le categorie delle reti logiche: reti combinatorie, reti sequenziali asincrone, reti sequenziali sincrone. Reti di Mealy e reti di Moore.
Algebre. Algebra di Boole. Algebra di commutazione. Postulati e teoremi dell'algebra di commutazione. Circuiti elementari di commutazione.
Aritmetica e codici.Sistemi di numerazione e aritmetica binaria. Codici binari. Codici a rilevazione e correzione di errore. Circuiti aritmetici e di elaborazione di codici.
Procedimenti di analisi e di sintesi delle reti combinatorie. Funzioni completamente specificate. Mappe di Karnaugh. Metodo di Quine-McCluskey. Funzioni incompletamente specificate. Reti a più uscite: metodo degli implicanti/implicati primi multipli. Reti a più livelli: fattorizzazione, scomposizione semplice disgiuntiva. Sintesi di reti combinatorie mediante componenti MSI e LSI: Decoder, Multiplexer, ROM, logiche programmabili (PLA, PAL). Sintesi di reti a NAND e a NOR. Alee statiche e dinamiche.
Procedimenti di analisi e di sintesi delle reti sequenziali asincrone. Circuiti a retroazione diretta. Circuiti con Flip-Flop SR. Corse critiche e metodi per la loro eliminazione. Progetto degli elementi di ritardo per i circuiti sincroni. Alee essenziali. Alee funzionali.
Procedimenti di analisi e di sintesi delle reti sequenziali sincrone. Analisi e sintesi di reti sincrone con diversi tipi di elementi di ritardo. Sistemi a memoria finita. Logiche programmabili sequenziali. Ingressi asincroni ed impulsivi.
Moduli di elaborazione sequenziale. Registri. Contatori. Registri a scorrimento. Elaborazione seriale.
Sintesi di sistemi complessi. Suddivisione tra parte operativa e parte di controllo. Linguaggio RTL. Microprogrammazione.
Problematiche di diagnostica e collaudo dei circuiti logici. Metodologie di progetto di sistemi facilmente collaudabili.
Introduzione alla progettazione dei sistemi a microprocessore. Interconnessione di moduli digitali mediante tecniche Open Collector e Three State. Progettazione dei sottosistemi di memoria e di I/O. Decodifiche di scheda. Bus. Arbitraggio. Microprocessore: schema a blocchi, modalità di funzionamento, set di istruzioni, temporizzazione dell'esecuzione delle istruzioni. Dispositivi periferici: porte parallele, porte seriali, timer, controllori di interrupt, controllore di DMA, convertitori A/D e D/A.

Attività d'esercitazione

Le esercitazioni sono svolte principalmente in aula come parte integrante delle lezioni. Non viene normalmente rispettata la distinzione formale tra ore di lezione ed ore di esercitazione prevista nell'orario ufficiale del corso. Viene inoltre proposto agli studenti l'impiego di strumenti CAD, disponibili presso il laboratorio di Elettronica del CEDI, per la verifica dei circuiti progettati.

Modalità d'esame

L'esame consiste in una prova scritta ed in una prova orale a carattere integrativo.

Propedeuticità

Fondamenti di informatica I e II, Elettronica , Calcolatori elettronici.

Testi consigliati

R. LASCHI: " Reti logiche ", Editrice Esculapio, 1995.
R.KATZ: " Contemporary Logic Design ", Benjamin/Cummings 1994.
F. LUCCIO, L. PAGLI: " Reti logiche e calcolatore ", seconda edizione, Bollati Boringhieri, 1991.
J.D. NICOUD: "Progetto di interfacce per microprocessori", Addison-Wesley Masson, 1992.
F. J. HILL, G. R. PETERSON: " Introduction to switching theory & logic design ",third edition, John Wiley & Sons 1991.
Sono inoltre disponibili fotocopie dei lucidi delle lezioni.

Testi d'approfondimento

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