28651 - ELETTRONICA T-A

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base sui processi di fabbricazione e sul funzionamento dei dispositivi elettronici elementari, nonché sull’analisi dei circuiti analogici e digitali.

Contenuti

- Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

Prerequisito per la comprensione degli argomenti svolti è l'aver appreso le nozioni principali di teoria dei circuiti elettrici lineari svolti nel corso di Elettrotecnica. In particolare lo studente dovrebbe essere in grado di analizzare il comportamento di un circuito lineare sia in condizioni stazionarie che transitorie. Si consiglia quindi di seguire il corso solo dopo aver superato l'esame di Elettrotecnica.

- Topologia dei sistemi elettronici e dei calcolatori. Principali trend tecnologici e architetturali. I principi quantitativi della progettazione dei calcolatori. Basi delle gerarchie delle memorie.

- Teoria dei segnali ed elaborazione digitale. Segnale analogico, segnale digitale e segnale binario. Processo di conversione analogico digitale e digitale analogico. Elaborazione digitale. Sistemi embedded, warehouse scale computers e datacenters. Architetture non von Neumann.

- Sistema di numerazione binario e porte logiche. Rappresentazioni binaria ed esadecimale. Conversione da decimale a binario. Conversione da binario a decimale. Operazioni sui numeri binari: addizione, sottrazione, moltiplicazione, divisione e complemento a due.

- Transistore MOS. Giunzione PN. Descrizione del funzionamento del transistore n-MOS. Regioni di funzionamento ed equazioni costitutive. Descrizione del funzionamento del transistore p-MOS. Regioni di funzionamento ed equazioni costitutive.

- Invertitore CMOS. Regioni di funzionamento dei transistor, calcolo delle correnti e della caratteristica statica ingresso-uscita. Analisi del consumo di potenza. Analisi del comportamento in transitorio dell'invertitore CMOS. Calcolo della durata del transitorio di salita e di discesa. Componenti parassiti del transistore nMOS e pMOS: calcolo della capacità di ingressi dell'invertitore CMOS.

- Logica CMOS. Caratteristiche generali delle reti di Pull-Up e Pull-Down. Topologia dei gate, analisi e sintesi delle funzioni logiche. Equivalenza dei transistori MOS connessi in serie ed in parallelo. Tempi di commutazione e dimensionamento di transistori MOS in logica CMOS.

- Circuiti Combinatori. Introduzione all'algebra di commutazione variabili logiche ed espressioni logiche. Sintesi di funzioni logiche basata sulle espressioni canoniche. Mappe di Karnaugh: regole di adiacenza e raggruppamenti. Copertura ed espressioni normali. Analisi di una rete mediante mappe di Karnaugh. Esempi di circuiti combinatori.

- Circuiti sequenziali. Circuito bistabile. Latch di tipo D. Realizzazione del latch e del flip-flop D. Esempi di implementazione a transistor di circuiti sequenziali. Analisi e sintesi di macchine a stati finiti.

- Circuiti Aritmetici. Realizzazione di un Full-Adder. Descrizione del funzionamento di un circuito sommatore a propagazione del riporto. Sommatore parallelo e sommatore a selezione del riporto. Circuito sottrattore. Funzionamento di un moltiplicatore: moltiplicatore seriale a propagazione del riporto e moltiplicatore parallelo.

- Memorie. Classificazione delle memorie: memorie volatili e non volatili. Struttura a matrice con decodificatori di riga e colonna. Descrizione del funzionamento della cella SRAM a 6 transistor. Lettura e scrittura di una memoria SRAM. Struttura della memoria DRAM. Lettura e scrittura di una cella DRAM e problematiche annesse. Introduzione alle memorie non volatili. ROM, PROM e memorie Flash. Architettura NOR e NAND della matrice. Funzionamento della memoria Flash, iniezione di elettroni nel floating gate.

Testi/Bibliografia

David Money Harris, Sarah L. Harris - Sistemi digitali e architettura dei calcolatori - ISBN: 9788808920737

Circuiti per la microelettronica - Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith - ISBN: 978-88-3319-054-9

P. Spirito, Elettronica Digitale, McGraw-Hill, 2006.

Fummi, Sami, Silvano, progettazione digitale, McGraw-Hill

Computer Architecture A Quantitative Approach 6th Edition
Authors: David Patterson
ISBN - eBook: 978-0-12-811906-8
ISBN - Paperback: 978-0-12-811905-1

Metodi didattici

Il corso è strutturato in lezioni frontali in aula in cui vengono presentati gli elementi fondamentali dell'Elettronica. In particolare ci si focalizzerà sui circuiti base dell'Elettronica Digitale e loro ruolo all'interno di sistemi elettronici odierni. Alla presentazione teorica di ogni tema trattato fanno seguito diverse lezioni dedicate alla risoluzione di esercizi e problemi specifici che sottolineano la natura applicata della disciplina e mirano a far acquisire il metodo per l'analisi e la progettazione di semplici circuiti digitali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. La prova d'esame è scritta e della durata di 2 ore (2 prove scritte in ogni sessione d'esame). La prova orale è facoltativa ed avviene nei giorni successivi alla prova scritta. Per essere ammessi alla prova scritta è necessario aver completato tutti i moduli didattici sul sito di e-learning.

La prova scritta consiste di norma in un mix di esercizi e domande di teoria a risposta multipla, con l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze previste secondo quanto dettagliato nel programma del corso. La prova è composta da uno o più esercizi/domande per modulo didattico e serve a verificare la capacità di analizzare circuiti realizzati con transistor MOS, i principali blocchi circuitali che costituiscono la ALU, il funzionamento delle memorie a semiconduttore, le tipologie di calcolatori e le loro caratteristiche in termini di performance, costo e consumi. Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite bacheca elettronica, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Coloro che non riuscissero ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicare tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) il problema alla segreteria didattica. Sarà facoltà del docente ammetterli a sostenere la prova.

La verbalizzazione della valutazione conseguita avviene durante uno qualsiasi degli appelli orali fissati dal docente durante l'anno accademico. E' possibile prendere visione del compito e chiedere chiarimenti in occasione della data di verbalizzazione immediatamente successiva all'appello in cui si è sostenuto l'esame. La possibilità di utilizzare orari alternativi di ricevimento per prendere visione del compito è riservata a casi eccezionali, con una valida motivazione.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico
tramite internet. Tale materiale dovrebbe essere stampato e portato alla lezione.
Per ottenere il materiale didattico: http://campus.unibo.it/

Portale per l'elearning: https://elearning-cds.unibo.it

Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Rossi