ELETTRONICA DIGITALE (II PARTE) (1) 22/11 Prof. Adelio SALSANO

Elettronica Digitale (II Parte) Prof. Adelio Salsano Dott. Stefano Bertazzoni – Ing. Salvatore Pontarelli Periodo didattico I semestre – II Emisemestre Dal 22 Novembre 2010 al 29 Gennaio 2011 Lezioni e esercitazioni Lunedì ore 11.30 – 13.15, Aula 18 (Ind) Mercoledì ore 11,30 – 13,15 Aula 4 NE Giovedì ore 16 -17,45, Aula 4 NE Ricevimento studenti: Lunedì e giovedì ore 15-17 Materiale didattico Dispense e lucidi forniti dai docenti Carl Hamacher, Zvonko Vranesic Safwat Zaky “Introduzione all’architettura dei calcolatori” Mac Graw-Hill Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Organizzazione del corso Quattro settimane di lezioni ed esercitazioni per richiami sui circuiti digitali programmabili e per le architetture hardware e le caratteristiche software dei microprocessori e dei microcontrollori. Verifica intermedia Quattro settimane di lezioni ed esercitazioni relative alle metodologie e agli strumenti di progettazione dei sistemi a microprocessore e dei sistemi di comunicazione. Verifiche finali e esami Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 PROGRAMMA Presentazione del corso e concetti generali Dispositivi logici: PLA, PAL, FPGA, Gate Array, Standard cell Architetture dei microprocessori e (micro)calcolatori Unità del calcolatore:processore e memoria. Registri dedicati e di uso generale Collegamenti tra unità: bus Livelli di astrazione Linguaggio macchina o assembly language Funzionamento del processore:fetch,decode, execute Tipi di istruzione mecchina Formalismo RTL Classi di istruzioni Modi di indirizzamento Salti condizionati Architetture di I/O Istruzioni e registri di I/O Lo stack e il suo funzionamento Sistema di I/O: bus dati, indirizzo e controllo, istruzioni di I/O Polling, Interrupt e DMA Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 Programma (segue) Cenni sui problemi di sincronizzazione Porte seriali e parallele Sistema operativo Presentazione del processore commerciale Progetto del microcontrollore basato sul microprocessore commerciale prescelto Prerequisiti Circuiti logici elementari (primo emisemestre) e loro sintesi Teoremi fondamentali dell’algebra booleana Elementi di memoria, Circuiti sequenziali Registri Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Segnali e Informazione Tecnologie e architetture microelettroniche Nozioni di base Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Segnale e Informazione Per elaborare informazioni, occorre rappresentarle (o codificarle) mediante una tecnica di rappresentazione. Per rappresentare le informazioni si usano segnali. I segnali devono essere elaborati, nei modi opportuni, tramite dispositivi di elaborazione. In un sistema digitale le informazioni sono rappresentate, elaborate e trasmesse mediante grandezze fisiche che assumono solo valori discreti. Ogni valore è associato a una cifra (digit) della rappresentazione. Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 Segnale Binario Segnale binario: grandezza fisica che assume due valori distinti, indicati per convenzione con le cifre 0 e 1: s  0, 1 (low, high - false, true) Grandezze fisiche usate per rappresentare l’informazione nel sistema digitale: elettrica (tensione o corrente) magnetica (intensità magnetica) ottica (potenza ottica) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Segnale Binario (segue) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 Logic Devices ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Standard Cell Gate Array PLD (Programmable Logic Devices) SPLD (Simple PLD) PLA (Programmable Logic Array) PAL (Programmable Array Logic) GAL (Generic Array Logic) CPLD (Complex PLD) FPGA Programmate durante la produzione nella Fab Programmabili sul campo Re/Programmabili nel circuito Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Programmable Logic Array (PLA) Programmable Array Logic (PAL) Strutture PLD Programmable Logic Array (PLA) Programmable Array Logic (PAL) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 PLA: Simbologia Z Z = A1CD1 a) A B C D .. Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Programmable Array Logic (PAL) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Sistemi di Programmazione Giunzione di tipo AntiFuse Giunzione di tipo Fuse Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 FPGA: Architettura Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

FPGA: Logic Element (Block) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

FPGA: LUT – Look Up Table (2 Ingressi) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 FPGA: Programmazione Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 FPGA: LUT Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 FPGA: Routing (VRC) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 FPGA: Routing (IM) Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1 FPGA: Programmazione nodi Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1

FPGA : motivi delle scelte Riprogrammabilità anche parziale Funzionalità volatili e non volatili: SRAM, FLASH, FUSE e MPGA Tool molto efficienti (HDL) Prototipi di test Ecc. Elettronica Digitale (II Parte) 10-11_1