Aspiranti ingegneri dell’informazione RETI LOGICHE insegna 1. Sistemi digitali Luigi Di Stefano Eugenio Faldella Roberto Laschi Stefano Mattoccia Tullio Salmon Aspiranti ingegneri dell’informazione RETI LOGICHE insegna a descrivere ed a progettare …..

Le macchine digitali Le Macchine digitali sono 1. Sistemi digitali Le macchine digitali Le Macchine digitali sono Sistemi artificiali che elaborano informazioni ogni informazione è descritta da variabili che possono assumere solo un numero finito di valori Ad ogni variabile è associata una grandezza fisica Se questo numero finito è 2, allora si parla di macchina binaria

Esempio di sistema di elaborazione digitale 1. Sistemi digitali Esempio di sistema di elaborazione digitale + - La lampadina è accesa se almeno un interruttore è chiuso Sistema digitale 1 uscita 2 ingressi (da elaborare) (Risultato) u Ingressi (Cause) Uscita (Effetto) “aperto” corrente SI “chiuso” corrente NO i1 i2 i1 i2 u a a no a c si c a si c c si La tabella che descrive l’elaborazione effettuata su i1 e i2 si chiama Tabella della Verità

Esempi di macchine digitali Il telefonino Il personal computer Gli strumenti biomedicali Le unità di controllo delle macchine automatiche Le centraline dei mezzi di trasporto I Bancomat e i sistemi di emissione automatica di biglietti Le centrali telefoniche Gli apparati di rete (router, switch, gateway, modem) I server I sistemi di produzione dei media ……..

La macchina digitale “programmabile” 1. Sistemi digitali La macchina digitale “programmabile” Software Hardware Software Applicativo Linguaggio di Programmazione Software di base Instruction Set Interruttori elettronici Processore, Memoria, I/O, Bus Reti logiche Famiglie e Librerie di Circuiti Circuiti elettronici Livello architettonico logico fisico Registri, Contatori, Selettori, Alu, ecc.

Livello Architettonico L’hardware del calcolatore si interfaccia con il software attraverso il suo set di istruzioni (linguaggio macchina) Unità di elaborazione Memoria principale Programma Dati Interfacce Rete PC ALU Registri Cache Registri di transito e di stato ingressi e uscite locali Bus di sistema Struttura del calcolatore (macchina digitale a esecuzione sequenziale e programma memorizzato) Ogni blocco della struttura è costituito da circuiti elettronici digitali

Tecnologia elettronica: piastre e connettori 1. Sistemi digitali Tecnologia elettronica: piastre e connettori Standard SCSI PCMCIA ……..

Tecnologia elettronica: chip e contenitori 1. Sistemi digitali Tecnologia elettronica: chip e contenitori Anno Sigla interruttori/chip 1968 SSI 30 1970 MSI 300 1972 LSI 3.000 1975 VLSI 30.000 1992-5 UVLSI 3.000.000 Standard DIP PCC PLCC CERQUAD …… SECC

Capitolo 1 Sistemi digitali 1.1 - Descrizione e progettazione 1.2 - Il modello del comportamento 1.3 - La proprietà di decomposizione

1.1 Descrizione e progettazione 1. Sistemi digitali 1.1 Descrizione e progettazione Un sistema digitale: Cosa fa? Come è fatto?

Struttura & Comportamento 1. Sistemi digitali Struttura & Comportamento COMPORTAMENTO: “vista” della macchina focalizzata sulle risposte fornite a seguito di ogni possibile sollecitazione esterna STRUTTURA: “vista” della macchina focalizzata sui componenti e sulle modalità con cui interagiscono Sistema digitale uscite ingressi causa effetto

Analisi & Sintesi astrazione cosa fa Descrizione del COMPORTAMENTO 1. Sistemi digitali Analisi & Sintesi astrazione cosa fa Descrizione del COMPORTAMENTO Sintesi Analisi come è fatta Descrizione della STRUTTURA

Livelli di descrizione 1. Sistemi digitali La descrizione del comportamento può essere più e più volte decomposta in comportamenti più semplici Ogni livello di questa gerarchia individua strutture formate da componenti “astratti” il cui comportamento e la cui struttura è definita nel livello sottostante Scendendo dall’alto verso il basso aumenta il numero di componenti e diminuisce la complessità dell’azione svolta da ciascuno

costo e delle prestazioni 1. Sistemi digitali Il progetto o sintesi Metodologie per l’ottimizzazione del costo e delle prestazioni Descrizione del comportamento Descrizione della struttura Computer Aided Design Elenco dei componenti disponibili, del loro comportamento e delle modalità con cui farli interagire

Noi ci occuperemo del livello logico 1. Sistemi digitali Noi ci occuperemo del livello logico software Hardware Processore, Memoria, I/O, Bus Reti logiche Famiglie e Librerie di Circuiti Circuiti elettronici Livello architettonico logico fisico Registri, Contatori, Selettori, Alu, ecc. Instruction Set Interruttori elettronici 1 2 3 Gli interruttori elettronici sono Dispositivi a tre morsetti: il primo controlla il passaggio di corrente tra gli altri due 1 2 3

Azionamento elettronico 1. Sistemi digitali Azionamento elettronico interruttore! Causa Effetto valore “alto” corrente SI valore “basso” corrente NO il transistore bipolare unipolare Corrente elettrica Tensione

Causa/effetto nell’interruttore elettronico 1. Sistemi digitali Causa/effetto nell’interruttore elettronico tempo H L Forma d’onda della tensione o della corrente di ingresso nel morsetto di controllo interruttore elettronico aperto da L e chiuso da H

Tecnologia e prestazioni 1. Sistemi digitali Tecnologia e prestazioni Azionamento Potenza Ingombro Velocità Manuale decimetri secondi Elettrico watt centimetri ms Elettronico nw micron ns evoluzione

Livello logico Livello logico - Astrazione del livello fisico 1. Sistemi digitali Livello logico Livello logico - Astrazione del livello fisico in cui si prescinde da ogni aspetto tecnologico per poter studiare e progettare complesse strutture, o “reti”, di interruttori da impiegare come componenti nel livello architettonico.

Livelli di progettazione 1. Sistemi digitali Livelli di progettazione Livello di progetto 0 Componenti “primitivi” per il livello 0 progetto 1 Componenti “primitivi” per il livello 1 progetto n progetto n- 1 Componenti “primitivi” per il livello n-1 Comportamento del sistema Struttura formata da sottosistemi Comportamenti dei vari sottosistemi Strutture formate da parti più semplici Schemi circuitali Andamenti di tensioni e di correnti elettriche Gestione di fenomeni fisici e chimici all’interno di materiali Prodotto di livello 0 livello 1 livello n-1

1. Sistemi digitali Azionamento manuale