Docente/i: Virginio Cantoni   Francesco Dotti  

Denominazione del corso: Reti Logiche E Calcolatori Elettronici()
Codice del corso: 500540
Corso di laurea: Ingegneria Informatica
Sede: Mantova
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/05
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Informatica
Crediti formativi: CFU 12
Sito web del corso: vision.unipv.it/reti-logiche

Obiettivi formativi specifici

Il modulo Reti Logiche 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. Il modulo Calcolatori Elettronici 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

Il corso Reti Logiche e Calcolatori Elettronici si compone di due moduli autonomi.

Modulo Reti Logiche
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 Quine– McCluskey). 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.

Modulo Calcolatori Elettronici
Architettura dei Calcolatori Hardware, firmware e software. Componenti elettronici di un calcolatore. Unità di memoria e relativa gestione. Unità d’ingresso e d’uscita e relativa gestione. Interruzione. Interconnessione tra unità funzionali: bus. Architettura di una CPU Unità funzionali, registri, linguaggio di trasferimento tra registri; unità di controllo, microcomandi, microprogrammazione. Concetto di memoria gerarchica (SRAM e DRAM). Cache ad indirizzamento diretto. Microprocessore e Linguaggio assemblativo Microprocessori e sistemi costruiti su microprocessori. Modalità d’indirizzamento istruzioni di un linguaggio assemblativo. Gestione dei segnali d’intereruzione. Esempi di programmi scritti in un linguaggio assemblativo. L’ambiente di sviluppo dei progetti Assemblatore. Linker-Loader. Simulatore. Esempi di programmi scritti in linguaggio assemblativo e relativa messa a punto mediante l’uso di un simulatore.

Prerequisiti

I principi della programmazione.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 75
Esercitazioni (ore/anno in aula): 30
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Le prime due citazioni sono relative al modulo Reti Logiche; la successiva al modulo Calcolatori Elettronici

M. Morris Mona, Charles R. Kime. Reti Logiche. Pearson -Prentice Hall, 2008. Traduzione del testo in inglese: M. Morris Mona, Charles R. Kime, “Logic and Computer Design Fundamentals” Pearson -Prentice Hall, 2008, IV edition.

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

Patterson D.A., Hennesy J.L.. Struttura e progetto dei calcolatori (con CD ROM)-Interfaccia hardware e software. Zanichelli, 2010, Bologna, III edizione. Traduzione del testo in inglese: David A. Patterson, John L. Hennessy, “Computer Organization and Design” Elsevier – Morgan Kaufmann, 2009, IV edition.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Il modulo di Reti Logiche prevede una prova scritta, superata la quale è richiesta una verifica orale conclusiva. Il modulo di Calcolatori Elettronici prevede una prova di teoria in cui il candidato approfondisce argomenti trattati nel corso e una prova pratica in cui viene valutata la capacità del candidato di utilizzare gli strumenti di sviluppo messi a disposizione e usati durante il corso. Per questo modulo la valutazione è ottenuta come media aritmetica dei voti conseguiti nella prova di teoria, con peso 2/3, e nella prova pratica, con peso 1/3, a condizione che ambo le valutazioni siano sufficienti. Il voto conclusivo, al superamento di ambo le prove, è stabilito a partire dalle valutazioni parziali conseguite.