Docente/i: Francesco Dotti  

Denominazione del corso: Reti logiche e calcolatori elettronici
Codice del corso: 500540
Corso di laurea: Ingegneria Meccatronica
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/05
Crediti formativi: CFU 9
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

L'insegnamento intende fornire i fondamenti dell'algebra di Boole, i metodi e le tecniche di analisi e di progetto delle reti logiche combinatorie e sequenziali sincrone e asincrone e una descrizione delle funzioni dell'unità aritmetica inquadrate nello scenario dell'architettura di un processore numerico. Le esercitazioni vertono sull'analisi e sintesi di reti logiche e sugli algoritmi per le operazioni aritmetiche in presenza di un addizionatore. Al termine del corso lo studente sarà in grado di analizzare e progettare le reti logiche più comuni e di comprendere le funzioni dell'unità aritmetica e le relative prestazioni.
L’insegnamento intende inoltre introdurre l’architettura dei microprocessori e dei microcalcolatori spiegandone il funzionamento attraverso il linguaggio assemblativo di programmazione. L’insegnamento vuol metter in evidenza le relazioni tra architettura dell’elaboratore e da un lato le tecnologie microelettroniche e dall’altro l’organizzazione del software di base. Le esercitazioni riguardano un linguaggio assemblativo e la messa a punto di semplici programmi in apposito ambiente di sviluppo.

Programma del corso

Introduzione all'algebra di Boole
Introduzione alla logica e alla teoria degli insiemi; algebra di Boole; espressioni e funzioni booleane; teorema di espansione di Boole; prima e seconda forma canonica; implicanti e implicati; rappresentazione di funzioni booleane; semplificazione di funzioni booleane e funzioni di costo minimo (metodo delle mappe di Karnaugh, metodo di Tison, metodo di Quine– McCluskey; funzione di Petrick).

Le reti combinatorie
Reti combinatorie; variabili logiche e segnali elettrici; componenti elettronici elementari; blocchi funzionali elementari: And, Or, Not, Nor, Nand, Xor. Analisi di reti combinatorie. Sintesi di reti combinatorie. Reti combinatorie elementari: addizionatore, codificatore e decodificatore, selettore d'ingresso e d'uscita, ROM. Transitori nelle reti combinatorie: alee statiche. Reti con segnalazione di errore, reti immuni da errori. Diagnosi ai morsetti.

Le reti sequenziali
Reti sequenziali: stato interno, descrizione di automi a stati finiti, macchine minime; metodo della tabella triangolare, macchine equivalenti e macchine compatibili. Macchine asincrone, corse critiche. Macchine sincrone. Analisi di macchine sequenziali, analisi temporale. Sintesi di macchine sequenziali: assegnazione degli stati. Reti sequenziali notevoli: Flip–Flop, registri, contatori, riconoscitori di sequenze, sommatore seriale.

Architettura di un processore
Blocchi funzionali: memoria, unità aritmetica, unità d’ingresso e d’uscita, unità di controllo. Interconnessione tra unità: bus. Interruzione. Hardware e software. Schema a blocchi funzionali di un processore: flusso delle istruzioni e flusso dei dati. Rappresentazione dell’informazione, in particolare dei numeri relativi, conversioni tra rappresentazioni, numeri reali. Unità aritmetica: rappresentazione dei numeri relativi e relative conversioni, sommatori, acceleratori di riporto, prodotto, algoritmo di Booth, moltiplicatori veloci, algoritmi di divisione. Operazioni su numeri reali.

Linguaggio assemblativo
Modalità d’indirizzamento e istruzioni di un linguaggio assemblativo. Gestione dei segnali d’interruzione. Assemblatore, linker-loader, ambiente di sviluppo e simulatore. Esempi.

Prerequisiti

I principi della programmazione.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 55
Esercitazioni (ore/anno in aula): 24
Attività pratiche (ore/anno in aula): 6

Materiale didattico consigliato

I. De Lotto. Appunti di Calcolatori Elettronici. Parte prima: reti logiche e unità aritmetica. Spiegel, Milano 1996.

Patterson D.A., Hennesy J.L.. Computer organization and design: the hardware-software interface. Morgan Kaufmann Publishers, 2004.

Modalità di verifica dell'apprendimento

E’ prevista una prova scritta finale su tutti i temi dell’insegnamento e quindi un esame orale.