Obiettivi formativi
Il corso fornisce gli elementi introduttivi alla comprensione del funzionamento dei sistemi digitali.
Al termine del corso, lo studente acquisirà una visione funzionale dei sistemi digitali.
Inoltre, avrà familiarizzato con alcuni degli strumenti di progettazione e simulazione che gli permetteranno di completare in autonomia attività di analisi e sintesi dei circuiti digitali di base, come pure semplici esperienze progettuali.
Prerequisiti
no
Contenuti dell'insegnamento
- Introduzione ai concetti base della teoria dell’informazione quali: modello di astrazione logica, segnali, sensori e attuatori, funzioni logiche.
- Progetto di reti logiche combinatorie mediante blocchi costitutivi elementari
- Progetto e sintesi di reti combinatorie.
- Blocchi circuitali complessi
- Progetto e sintesi di logiche sequenziali
- Architetture dei sistemi digitali
Attività di laboratorio:
- Il flusso di progettazione dei circuiti digitali
- il linguaggio di descrizione hardware VHDL
- descrizione e simulazione di circuiti digitali combinatori e sequenziali mediante VHDL.
Programma esteso
Concetti base della teoria dell’informazione (6h)
- Modello e livelli di astrazione logica
- I segnali: rappresentazioni analogica, digitale
- I trasduttori: sensore e attuatore
- Conversione A/D e D/A
- Sistema numerico binario
- Funziona logica
- Concetti di black-box, I/O, elaborazione, memoria, controllo
Fondamenti di reti logiche combinatorie (6h)
- Porte logiche
- Operazioni ed espressioni logiche
- Algebra di Boole
- Teoremi di De Morgan
Sintesi di circuiti digitali (10 h)
- Tabella della verità
- Funzioni canoniche
- Mappe di Karnaugh
- Minimizzazione logica
- Problema dei ritardi e delle alee
Blocchi costitutivi combinatori (4h)
- Multiplexer, Decoder, Half Adder, Full Adder
Fondamenti di reti logiche sequenziali (16h)
- Latch e Flip-Flop
- Sintesi di reti sincrone
- Macchine a Stati Finiti
- Temporizzazioni delle logiche sequenziali
Cenni di Architetture Digitali (6h)
- Circuiti aritmetici, contatori, registri a scorrimento
- Memorie ROM, RAM
- ALU
- Matrici logiche: PAL e PLA
- Circuiti programmabili (FPGA)
- Schema funzionale di un uProcessore
Attività di laboratorio:
- introduzione al VHDL
- i costrutti fondamentali del linguaggio
- implementazione e simulazione di circuiti digitali
- moduli di base della progettazione digitale sia combinatoria che sequenziale (porte logiche, reti logiche, MUX, sommatori, FFD, FFT, Shift Register, contatori, macchine e stati finiti)
Bibliografia
-A. Marcovitz,”Introduction to Logic Design”, 3rd edition, McGrawHill, 2009
-S. L. Harris, D.M. Harris, “Sistemi digitali e architettura dei calcolatori”, Zanichelli editore
- M. Morris Mano, C.R. Kime, "Reti Logiche", Pearson Prentice Hall
Metodi didattici
Il corso si articola in lezioni orali che costituiscono la base per la comprensione e l'elaborazione critica dei temi trattati. Vengono regolarmente proposte esercitazioni per sviluppare le capacità applicative e progettuali degli studenti.
Nella attività di laboratorio verranno presentate le tecniche base per la progettazione e la simulazione assistita al calcolatore mediante il linguaggio di descrizione hardware VHDL.
Modalità verifica apprendimento
L'esame prevede una prova scritta con esercizi sugli argomenti di teoria e sulle attività di laboratorio.
L'esame consiste in una prova scritta che comprende esercizi relativi agli argomenti trattati durante le lezioni teoriche e le attività di laboratorio. La prova è suddivisa in due parti:
Prima prova: focalizzata sulla logica combinatoria e sulle attività di laboratorio.
Seconda prova: dedicata alla logica sequenziale.
Entrambe le prove vengono svolte nella stessa giornata, una di seguito all'altra.
La sufficienza nella prima prova è requisito d'accesso alla seconda prova.
Altre informazioni
Tutte le informazioni relative al corso sono reperibili nel portale internet:
http://elly2024.dia.unipr.it/
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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