RETI LOGICHE L-A
Orario
Lunedì 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
Dispense
R. Laschi, M. Prandini: “Reti Logiche”, Esculapio, 2007
Ricevimento
Venerdì ore 11-13; Mercoledì ore 15-17, previo accordo telefonico
(051 20) 93005 o via e-mail ([email protected])
Regolamento prove d’esame
In 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
Date prove scritte d’esame
sessione estiva
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
iscrizione obbligatoria tramite Uniwex
Obiettivi del corso
RETI LOGICHE
insegna
a descrivere e
a progettare le
MACCHINE DIGITALI
Eugenio Faldella (ET)
Roberto Laschi (I)
Stefano Mattoccia (A)
Marina Pettinari (ET)
Aspiranti ingegneri dell’informazione
Macchine digitali
Sistemi artificiali
che impiegano grandezze fisiche
contraddistinte da un
insieme discreto di valori “significativi”
(segnali digitali)
per rappresentare, elaborare
e comunicare informazioni
il
“mezzo”
il
“fine”
3000 anni di storia e 4 tecnologie
complessità
tutte le
attività
controllo
calcolo
manuale
misura
meccanica
elettrica
elettronica
tecnologia
tempo
“Pervasive Digital Era”
Livelli di descrizione
La descrizione del comportamento
di un sistema complesso,
in ogni ambito ingegneristico,
è inevitabilmente articolata su più livelli
(approccio “divide et impera”).
Ogni livello individua entità (sottosistemi,
unità, moduli, …, componenti “primitivi”)
opportunamente cooperanti,
contraddistinte da ben predefiniti ruoli,
funzionalità, interfacce e protocolli
di interazione con le altre entità
operanti nello stesso livello
o nei livelli adiacenti della gerarchia.
Esplorando i livelli della gerarchia
dall’alto verso il basso,
aumenta il numero di entità,
ma diminuisce la complessità
di ciascuna di esse, dal punto di vista
sia comportamentale che strutturale.
I livelli di descrizione di una diffusissima
macchina digitale: il calcolatore elettronico …
Fondamenti
di Informatica L-A
Livello
architetturale
Livello
logico
Calcolatori Elettronici L-A
Reti Logiche L-A
Livello
fisico
Microelettronica L-A
Elettronica Digitale L-A
Rete Logica:
RAM, Registro,
Contatore, ALU,
Decoder, Multiplexer
modello della macchina digitale che consente
• di astrarre dalla tecnologia
• di dettagliare l’immagine architetturale
Funzioni,
variabili,
espressioni
processore,
memoria, I/O
Livello architetturale
Adattabilità, velocità,
capacità, sicurezza,
espressività
Livello logico
Descrizione formale,
composizione,
decomposizione
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
segnali e
circuiti
Livello fisico
Affidabilità, velocità,
ingombro, consumo,
costo
I due contesti progettuali oggetto di studio
astrazione
cosa fa
Descrizione
del
COMPORTAMENTO
Sintesi
come è
fatta
non
univoco
univoco
esito
Analisi
Descrizione
della
STRUTTURA
Macchina
digitale
Progettazione top-down e bottom-up
Livello n
Comportamento
dell’intero sistema
Struttura formata
da sottosistemi
Componenti “primitivi” per il livello n
Livello n-1
Comportamenti
dei vari sottosistemi
Strutture formate da
parti più semplici
Componenti “primitivi” per il livello n-1
Livello 1
Andamenti di tensioni e
di correnti elettriche
Schemi
circuitali
Componenti “primitivi” per il livello 1
Livello 0
Fenomeni fisici all’interno di materiali
Il progetto, o sintesi, su un livello
nuovo
comportamento
Metodologie
per l’ottimizzazione
del costo e
delle prestazioni
CAD
nuovo
componente
Descrizione della
struttura che presenta
il nuovo comportamento
Elenco dei componenti
disponibili, del loro
comportamento e delle
modalità con cui farli
interagire
Programma
Cap.7: Metodologie per la sintesi e l’analisi
di reti sequenziali sincrone
Saper
fare
Cap.6: Metodologie per la sintesi e l’analisi
di reti sequenziali asincrone
Orale
Prova scritta
Cap.5: Metodologie per la sintesi e l’analisi
di reti combinatorie
Cap.4: Componenti logici elementari e
algebra di commutazione
Sapere
Cap.3: Modelli e metodi per la descrizione
formale delle specifiche
Cap.2: Rappresentazione, elaborazione,
trasferimento dell’informazione
Cap.1: Introduzione alle macchine digitali
Orale
Prova intermedia
Macchine digitali:
dal livello fisico
al livello logico
La gestione dell’informazione a livello fisico
I circuiti elettronici che formano il livello fisico
di una macchina digitale coordinano il loro funzionamento
scambiandosi informazioni veicolate da “segnali”.
sorgente
segnali
destinazione
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.
Forma d’onda di un segnale
“rumore”

• Il segnale analogico
s(t)  informazione

• Il segnale digitale
• Il segnale binario
H
L

Segnali analogici vs. segnali digitali
IPOTESI: si dispone di una tensione elettrica V variabile nell’intervallo
0-10 volt, di cui si è in grado di generare (lato sorgente) e misurare
(lato destinazione) il valore con la precisione del centesimo di volt.
PROBLEMA: trasferire il valore N di un numero intero (0 ≤ N ≤ 999).
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.
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
8/8
7/8
6/8
5/8
4/8
3/8
2/8
1/8
4/4
3/4
2/4
sensore
(on/off)
riserva
1 segnale

1/4
4 segnali
8 segnali

...

Fenomeni fisici e segnali binari
contatto
mobile
sorgente di
alimentazione
segnale
tensione
segnale
corrente
circuito elettrico
“causa”
fenomeno
fisico
“effetto”
carico
“Interruttori” elettronici
bipolare
corrente
elettrica
causa
valore “alto” / “basso”
corrente
elettrica
tensione
o corrente
in ingresso
corrente
in uscita
il transistore
effetto
corrente SI / NO
unipolare
tensione
elettrica
corrente
elettrica
H
L
tempo
H
L
tempo
Tecnologia e prestazioni
Azionamento
Manuale
Meccanico
Elettrico
Elettronico
evoluzione
Integrazione!
Transistore unipolare
area:
velocità:
consumo:
costo:
10-9
1010
10-4
10-3
mm2
commutazioni/s
watt
lire
I/O analogico
segnali analogici
microfono
termostato
altimetro
Convertitore
A/D
segnali binari
tastiera
mouse
floppy
segnali analogici
altoparlante
plotter
dinamo
Elaborazione
di
segnali
binari
Convertitore
D/A
segnali binari
lampadina
monitor
floppy
Variabili binarie
Bit (binary digit)
Variabile x tale che x  B:0,1
logica positiva o negativa
Segnali binari: Presente, Assente Alta, Bassa
Aperto, Chiuso Accesa, Spenta ecc.
x
corrente
x
x
tensione
x
x
contatto
x
x
lampada
x
1
assente
0
1
bassa
0
1
aperto
0
1
spenta
0
0
presente
1
0
alta
1
0
chiuso
1
0
accesa
1
logica negativa
logica positiva
Configurazioni binarie
n bit
Configurazione binaria di n bit:
stringa di n simboli  {0,1}.
x1 x2 x3
xn
• Le distinte configurazioni binarie di n bit sono 2n.
n=3:
x1 x2 x3
0 0 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1
1 1 0
1 0 1
0 1 1
1 1 1
• 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.
x1
0
x2
0
x3
0
t
x
1
0
0
t1
t2
t3
notazione alternativa:
x1x2x3 010 111 000 011 111 …