ANALISI E SINTESI DEI CIRCUITI DIGITALI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2016/2017
- Docente
- MICHELE FAVALLI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-INF/05
Obiettivi formativi
- Il corso intende fornire la conoscenza degli elementi teorici di base del progetto di sistemi digitali al livello logico e la loro applicazione a semplici problemi.
Conoscenze
Il corso si propone di fornire i fondamenti teorici e alcuni esempi di algoritmi per la sintesi di reti combinatorie. In questo ambito verranno anche analizzate alcune reti notevoli come, ad esempio, quelle aritmetiche. Nell'ambito delle reti sequenziali, il corso provvede alcuni fondamenti teorici e semplici algoritmi per la sintesi di macchine a stati finiti.
Abilità
Capacità di progettare e analizzare reti combinatorie e reti sequenziali di piccole dimensioni secondo una modalità top-down. Capacità di utilizzare moduli di che descrivono funzioni elementari di largo utilizzo, quali ad esempio quelle aritmetiche, nella sintesi di reti più complesse con una modalità bottom-up. Prerequisiti
- Conoscenze di base di algebra (Geometria). Conoscenza generale dell'organizzazione di un sistema informatico (Fondamenti di Informatica).
Contenuti del corso
- Introduzione ai sistemi digitali
1) segnali digitali e segnali binari: motivazioni e aspetti tecnologici
2) codifica binaria dell'informazione
3) informazioni di tipo numerico: codifica di numeri naturali e interi
4) protezione delle informazioni codificate: codici a rivelazione e correzione di errore
Algebre di Boole e algebra di commutazione
1) assiomi e proprietà
2) funzioni ed espressioni
Reti di switch e reti al livello gate: algoritmi di analisi
Sintesi e analisi di reti combinatorie
1) rappresentazioni e metriche di costo
2) teorema di espansione di Shannon e forme canoniche SP e PS
3) sintesi e ottimizzazione di reti a due livelli
3.1) metodi grafici
3.2) metodi algebrici
3.3) metodo di Quine-McCluskey e Espresso
4) sintesi e ottimizzazione di reti multilivello mediante metodi euristici
Moduli funzionali combinatori rilevanti(decoder, multiplexer ....)
Reti di tipo aritmetico
1) sommatore binario di tipo seriale o carry-look ahead
2) moltiplicatore
3) unità aritmetico logica
Memorie digitali: strutture di base e prestazioni di latch e flip-flop
Reti sequenziali: modelli strutturali (Huffman)
Automi a stati finiti
1) definizioni e proprietà
2) algoritmo per la minimizzazione del numero di stati
Sintesi di reti sequenziali sincrone a partire da automi a stati finiti
1) codifica dello stato
2) dimensionamento del periodo di clock
Reti sequenziali sincrone rilevanti (contatori, registri). Metodi didattici
- Lezioni frontali ed esercizi svolti dal docente.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Prova scritta durante la quale vengono esaminate sia le capacità di risolvere semplicissimi esercizi di analisi e sintesi di reti logiche combinatorie e sequenziali, sia la comprensione di aspetti teorici.
La prova scritta consiste di 4 esercizi, con valutazioni nei seguenti intervalli: [0,14] punti per il primo, che è anche il più impegnativo e [0,5-7] punti per i rimanenti. Il valore esatto di tale punteggio viene determinato di volta in volta dal docente per arrivare alla somma di 31 punti (30 e lode) con piccoli aggiustamenti che tengono in conto delle inevitabili differenze di difficoltà dei singoli esercizi. La valutazione dei singoli esercizi segue criteri specifici per il tipo di domanda a seconda che risultino prevalenti gli aspetti pratici o teorici.
Le tipologie di esercizi consentono la valutazione di conoscenze teoriche e pratiche. Nel primo caso si valuta la conoscenza e la capacità di applicare principi e proprietà (ad esempio dei codici a rivelazione d'errore) a semplici problemi (come, nello stesso esempio, l'analisi delle proprietà di rivelazione e correzione di errore di un codice).
Per quello che riguarda le competenze pratiche, una seconda tipologia di esercizi verifica le capacità di applicare gli algoritmi di sintesi di reti combinatorie e sequenziali.
La valutazione finale è data dalla somma dei punti nei 4 esercizi ed è sufficiente se maggiore o uguale a 18/32 punti. Il superamento dell'esame è prova di aver acquisito le conoscenze di base e le abilità specificate negli obiettivi dell'insegnamento. Testi di riferimento
Lucidi delle lezione disponibili sul sito del corso e il testo
Salice, Bolchini, Sciuto
Reti Logiche
ed. Apogeo
