18020 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI L-A

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - conosce gli elementi e le strutture di base dell'elettronica digitale a livello di dispositivo, circuitale, di porte e famiglie logiche - possiede le conoscenze per effettuare valutazioni critiche e scelte di progetto sulle principali architetture digitali di calcolo, elaborazione, comunicazione, memorizzazione dati - possiede competenze di base nella progettazione di sistemi digitali assistita da calcolatore e nei linguaggi di descrizione dell'hardware - è in grado di progettare semplici sistemi digitali basati su logiche programmabili e dispositivi a microcontrollore

Contenuti

INTRODUZIONE: Introduzione ai circuiti e sistemi digitali.Caratteristiche, prestazioni e fattori di merito delle famiglie logiche e dei circuiti digitali.

LOGICHE DIGITALI: Principi di funzionamento e caratteristiche elettriche di diodi a giunzione, transistori bipolari e transistori MOSFET.
Logiche MOS statiche: CMOS, pseudo-nMOS, logiche a pass transistors. Logiche CMOS dinamiche: logiche domino CMOS, np-CMOS.
Analisi di caratteristiche statiche e di commutazione di logiche digitali. Consumo di potenza nei circuiti digitali.

ARITMETICA COMPUTAZIONALE: Rappresentazione binaria dei numeri. Somme e differenze di numeri binari. Principali architetture di sommatori e moltiplicatori.

ARCHITETTURE DI CALCOLO ED ELABORAZIONE: Architettura dei Field-Programmable Gate Arrays. Considerazioni su granularità, area e prestazioni. Blocchi logici, switch, strutture di interconnessione ed esempi. Architetture dei principali dispositivi Altera. Microprocessori, classificazioni, architetture ed esempi. Architettura dei processori DLX e Intel Pentium. Tecnologia MMX. Sistemi embedded ed architetture di bus. Architetture di calcolo riconfigurabile. Microntrollori. Il microcontrollore Microchip PIC. DSP. Confronto con microprocessori eneral-purpose. Architetture di riferimento per DSP.  Architetture VLIW per elaborazione di segnali.

PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE: Protocolli di hand-shake e porte parallele. Comunicazioni tramite porte seriali UART. Protocollo SPI. Protocollo I2C. Protocollo 1-wire.

MEMORIE A SEMICONDUTTORE: Struttura e organizzazione. Circuiti di decodifica. RAM statiche, cella elementare e funzionamento. Sense amplifier. RAM dinamiche, cella elementare e funzionamento. ROM e PROM, metodologie di progetto e realizzazione. Dispositivi PLA e loro struttura. Il transistore floating-gate. Dispositivi di memorizzazione basati su floating gate: EPROM, E2PROM e FLASH.

VHDL: Storia e scopo del linguaggio. VHDL come strumento di progetto. Flusso di progettazione per dispositivi FPGA. Entity e architecture. Statement concorrenti. Descrizioni strutturali e componenti. Operatori in VHDL. Processi e costrutti sequenziali associati. Logiche sequenziali e registri. Regole di descrizione per VHDL sintetizzabile. Descrizione di macchine a stati finiti. Esempi di progetto e casi di studio.

(NOTA: Il programma degli insegnamenti mutuati da 6 CFU non comprende gli argomenti relativi alle LOGICHE DIGITALI)

Testi/Bibliografia

D. Esseni, "Fondamenti di Circuiti Digitali Integrati", SGEditoriali Padova, ISBN 88-89884-01-0

J. Rabaey, A.Chandrakasan, B.Nikolic: “Digital Integrated Circuits: A design perspective”/“Circuti integrati digitali: l'ottica del progettista”, 2nd /3rd Edition, Prentice Hall 2003

D. Perry, "VHDL. Programming by examples", McGraw-Hill Professional; 4th edition, 2002

J. Rose, A. El-Gamal, A. Sangiovanni-Vincentelli, "Architecture of Field-Programmable Gate Arrays", Proc. IEEE, vol. 81, n. 7, July 1993, pp.1013-1029

Lucidi e appunti di lezione, disponibili online.

Metodi didattici

Oltre alla normale attività didattica, potranno essere previsti durante il corso alcuni seminari tenuti da esperti del settore, di estrazione universitaria e aziendale. Nell'attività didattica un congruo numero di ore sarà inoltre dedicato a lezioni ed esercitazioni pratiche da svolgersi presso i laboratori di informatica ed elettronica della facoltà al fine di apprendere l'uso dei linguaggi di descrizione hardware e degli strumenti di progettazione digitale assistita da calcolatore. Saranno previste esercitazioni a carattere pratico-progettuale su sistemi a microcontrollore/FPGA.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame sarà normalmente composto da due prove di accertamento. La prima prova consiste in una serie di domande, che dovranno accertare la conoscenza teorica e critica da parte dello studente dei contenuti presentati in aula a lezione. La seconda prova, a carattere pratico e da svolgersi presso il laboratorio informatico con l'ausilio del calcolatore, consisterà nella progettazione, simulazione e sintesi di una rete digitale utilizzando un linguaggio di descrizione hardware. Le due prove sono indipendenti, e possono essere svolte in un qualunque ordine. Valutazioni positive in entrambe le prove consentono il superamento dell'esame.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC, lavagna luminosa. Dispense on-line. Laboratorio informatico per lo svolgimento di esercitazioni inerenti la progettazione assistita da calcolatore di sistemi digitali.  Laboratorio di elettronica per la realizzazione e programmazione di sistemi digitali a microcontrollore/FPGA. Schede di prototipazione per FPGA e microcontrollori.

Link ad altre eventuali informazioni

http://www-micro.deis.unibo.it/cgi-bin/dida?~romani/www/Dida03

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Aldo Romani