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University of Padova Information Engineering Dept. - Microelectronics lab Corso di Laurea in Ingegneria dell’Informazione Elettronica Digitale Andrea Gerosa - [email protected] Tel. 049-827-7728

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Corso di Laurea in Ingegneria dell’Informazione

Elettronica Digitale

Andrea Gerosa - [email protected]. 049-827-7728

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 2

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Cos’è un sistema digitale? è un sistema elettronico che elabora e gestisce

informazioni peso, velocità, temperatura, pressione, flusso … numeri, testi, valuta …

l’informazione è rappresentata da un segnale (tipicamente tensione, corrente o carica)

Segnale Analogico assume infiniti possibili valori in un intervallo

predefinito

Segnale Digitale assume un insieme finito (discreto) di valori

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 3

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Segnale binario (bit) segnale digitale che assume solo 2 valori

0 e 1, vero e falso, alto e basso, … robustezza agli errori e imprecisioni dei circuiti

elettronici Come rappresentare dell’informazione con più di 2 valori?

usare più bit per distinguere tra i loro i diversi valori N bit 2N valori

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 4

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Vantaggi dei sistemi digitali

Precisione del sistema elevata (aumentando N) es. mp3 player: 16 bit (0.5V÷1.5V): LSB=15.3V (0,001%)

Possibilità di realizzare grandi moli di operazioni algebriche elaborazione del segnale

Flessibilità e riconfigurabilità del sistema controllo via software

Facilità nella trasmissione, condivisione, archiviazione di informazioni

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 5

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Pervasività dei sistemi digitaliQual è il sostegno tecnologico necessario?

alto livello di integrazione di sistemi digitali complessi e a molti bit

disponibilità di grandi quantità di memoria

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 6

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Evoluzione della tecnologia

ENIAC 1940 Occupa 1 stanza! Potenza di calcolo

minore di un’odierna calcolatrice tascabile

Tecnologia inadatta per applicazioni di largo consumo

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 7

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Evoluzione della tecnologia primo transistor

1947 – 1950 Inizio della miniaturizzazione!

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 8

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Evoluzione della tecnologia Intel 4004 1971 2300

transistor 60,000

operazioni per secondo

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 9

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Evoluzione della tecnologia Intel Pentium 4 42 milioni di

transitor!

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 10

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Legge di Moore

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 11

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Evoluzione della tecnologia Solo vantaggi?

costi !! Adatta solo

a produzioni di massa

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 12

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Processori e sistemi embedded

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 13

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E l’elettronica analogica? Il mondo

reale è analogico

Consumi minori di potenza e area

Frequenze operative più elevate

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 14

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Argomenti del corso

Rappresentazione digitale dell’informazione

numeri interi, numeri negativi, numeri irrazionali informazioni non numeriche, codifica dell’informazione algebra di Boole funzioni logiche: rappresentazione e metodi di

ottimizzazione operatori logici fondamentali, concetto di

minimizzazione, mappe di Karnaugh

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 15

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Argomenti del corsoImplementazione fisica (elettronica)

la tecnologia CMOS: cenni al processo e layout il transistor MOS a “canale corto” per i circuiti

digitali circuiti fondamentali in logica CMOS statica

problematiche principali ed evoluzioni della tecnologia

celle di memoria piattaforme implementative

cenni agli strumenti software

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 16

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Argomenti del corsoSistemi digitali

Concetto di gerarchia e livello di astrazione Blocchi logici fondamentali Blocchi aritmetici Macchine sequenziali sincrone

latch e flip-flop

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 17

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Supporti didatticiTesti adottati

M.M. Mano e C.R. Kime, “Reti Logiche”, 4a Ed., Prentice Hall, 2008

Andrea Gerosa, “Elettronica Digitale, esercizi risolti”, Libreria Progetto, 2006

J.M. Rabaey et al., “Circuiti Integrati Digitali - l'ottica del progettista”, Ed. Prentice Hall, 2005

Sito web corso su Moodle (@DEI)

errata corrige dispensa di esercizi

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 18

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Supporti didattici per chi segue le lezioniwww.dei.unipd.it/~gerosa/ED

Elenco dettagliato degli argomenti Slide usate a lezione

NON sono una dispensa NON sostituiscono appunti e/o libri aiutano a seguire e a prendere appunti senza

dover copiare figure complicate Username e password

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 19

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Modalità di esame 1 prova, composta da 2 parti

a = domande di teoria a risposta multipla b = prova di esercizi Voto finale = 1/3 a + 2/3 b; necessario min(a,b)≥15

+ prova orale (facoltativa tra 20 e 27) Se non si raggiunge almeno 15 in una della prove è

necessario ripetere l’intero esame Se non si supera l’orale è necessario ripetere l’intero

esame Se ci si presenta a un appello si annulla un eventuale

voto precedente (anche in caso di ritiro) Obbligatorio registrare il voto entro la sessione

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Andrea Gerosa – Elettronica Digitale 20

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Modalità di esame

Date appelli (esami.dei.unipd.it) 1 e 5 febbraio 2010 15 e 19 febbraio 2010 21 e 24 giugno 2010 6 e 9 settembre 2010

Avvertenze Obbligatorio iscriversi (e cancellarsi) sulle liste

di Moodle Non si possono usare libri, quaderni e cellulari

(né colleghi!)