RETI LOGICHE insegna a descrivere ed a progettare

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

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 + La lampadina è accesa se almeno un interruttore è chiuso 2 ingressi Sistema (da elaborare) digitale u Ingressi (Cause) i 1 “aperto” “chiuso” i 2 - i 1 a a c c i 2 a c u no si si si 1 uscita (Risultato) Uscita (Effetto) corrente SI corrente NO La tabella che descrive l’elaborazione effettuata su i 1 e i 2 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” Software Applicativo Linguaggio di Programmazione Software di base Instruction Set Livello architettonico Processore, Memoria, I/O, Bus Registri, Contatori, Selettori, Alu, ecc. Hardware Livello logico Reti logiche Famiglie e Librerie di Circuiti Livello fisico Circuiti elettronici Interruttori elettronici

Livello Architettonico L’hardware del calcolatore si interfaccia con il software attraverso il suo set di istruzioni (linguaggio macchina ) Memoria principale Programma Dati Unità di elaborazione Interfacce PC ALU Registri Cache Registri di transito e di stato Rete 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 Standard SCSI PCMCIA ……. .

Tecnologia elettronica: chip e contenitori Anno Sigla interruttori/chip 1968 SSI 30 1970 MSI 300 Standard 1972 LSI 3. 000 DIP 1975 VLSI 30. 000 PCC 1992 -5 UVLSI 3. 000 PLCC CERQUAD …… SECC

Capitolo 1 Sistemi digitali 1. 1 - Descrizione e progettazione 1. 2 - Il modello del comportamento 1. 3 - La proprietà di decomposizione

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

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 ingressi causa Sistema digitale uscite effetto

Analisi & Sintesi astrazione cosa fa Descrizione del COMPORTAMENTO Sintesi come è fatta Analisi Descrizione della STRUTTURA

Livelli di descrizione • La descrizione del comportamento può essere 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

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

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

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

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

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

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 componenti nel livello architettonico.

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

Azionamento manuale