ITCS Erasmo da Rotterdam
Finalità
Obiettivi cognitivi
Curricolo formativo
modulare
sulla base delle
competenze accertate
(CFMCA)
Disciplina:
Sistemi Digitali
Modulo n°: 3
Il terzo modulo di Controlli conclude la prima fase di approccio
all’analisi e sintesi dei sistemi digitali semplici e si propone come finalità
fondamentale quella di rafforzare le conoscenze di base acquisite nei due
moduli precedenti e di estenderle in un ambito metodologico più
generale nel quale, partendo da una descrizione ad alto livello del
sistema e impiegando una piattaforma di sviluppo si possa espletare
l’intero ciclo di progetto usando strumenti di CAD elettronico.
Di fatto questo modulo funge anche da raccordo tra lo studio dei sistemi
digitali in logica cablata e quelli programmabili sia dal punto di visto
dell’approccio metodologico sia dei contenuti. Infatti partendo dalla
sintesi canonica di reti combinatorie e sequenziali, realizzate con circuiti
fondamentali di tipo generale, si giunge alla sintesi ad alto livello
implementata su circuiti resi specifici per una particolare applicazione
grazie alla possibilità di essere programmati dall’utente. Insomma, in
questo passo intermedio lo studente impara a programmare e configurare
gli algoritmi direttamente sull’hardware del sistema impiegando un
metodo del tutto analogo a quello che utilizza poi per realizzare il
software.
Il tema principale del rapporto circolare “SPECIFICHE → MODELLO
→ CIRCUITO → VERIFICA → SPECIFICHE” si sviluppa nel terzo
modulo con l’introduzione di un fattore importante quale l’impiego degli
strumenti di simulazione e sintesi automatica, tramite computer, pur
rimanendo nella stessa classe di sistemi.
Lo studente avrà l’opportunità di conoscere il VHDL, le tipologie e la
struttura delle principali famiglie di circuiti dedicati programmabili e
operare in un ambiente di lavoro nel quale, utilizzando un sistema di
sviluppo integrato EDA (Electronic Design Automation), potrà
controllare il ciclo completo di progetto: dalla descrizione ad alto livello
fino alla realizzazione effettiva del circuito, includendo la fase di
simulazione e di verifica a priori del suo corretto funzionamento.
Rafforzare le conoscenze apprese riguardo all’analisi e alla
sintesi canonica di circuiti digitali sia combinatori che
sequenziali.
Acquisire l’idea della molteplicità delle soluzioni possibili ad un
particolare problema circuitale e saper scegliere in funzione di un
criterio di convenienza prestabilito.
Apprendere il rapporto tra descrizione, modello e
implementazione tecnologica di un circuito elettronico digitale.
Conoscere le tecniche per la descrizione logica ad alto livello di
un circuito.
Comprendere le architetture dei componenti digitali ASIC
programmabili dall’utente.
Mod. 3 - Controlli: Finalità e obiettivi
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Iniziare ad acquisire la cognizione dei costi effettivi associati alla
realizzazione di un progetto, imparando a distinguere i costi non
ricorrenti da quelli ripetitivi.
Acquisire una pratica di lavoro basata anche sull’uso del personal
computer come strumento di progettazione sia in fase di sintesi
che di analisi e verifica dei risultati conseguiti.
Obiettivi trasversali
Acquisire le capacità logiche di individuazione delle relazioni di
causa effetto nella modellizzazione di un sistema fisico
Saper utilizzare gli schemi a blocchi per rappresentare relazioni
tra enti interagenti
Saper collaborare correttamente in una attività di gruppo
sviluppando, comunque, una propria autonomia di lavoro
Contribuire ad acquisire dimestichezza con gli strumenti
fondamentali di un laboratorio di elettronica nella realizzazione
di semplici circuiti, nella misura delle grandezze coinvolte e nella
valutazione del suo corretto funzionamento
Saper utilizzare una piattaforma standard di progettazione
elettronica CAD
Saper utilizzare gli ordinari strumenti di produttività informatici
per redigere relazioni e documentazione tecnica del proprio
lavoro
Saper presentare agli altri il proprio lavora anche usando
strumenti informatici multimediali
Conoscenze da acquisire
L'allievo deve essere in grado di:
Saper classificare le tecniche fondamentali di realizzazione dei
circuiti digitali.
Comprendere la differenza tra circuito “general purpose” e ASIC.
Saper impiegare le funzioni combinatorie disponibili come
moduli standard (codificatori, decodificatori, multiplexer,
demultiplexer, complementatori, comparatori, addizionatori,
sottrattori) per la sintesi di circuiti generali.
Conoscere la sintassi del linguaggio VHDL.
Sapere quali sono i passi necessari del flusso di progetto di un
circuito digitale.
Comprendere la struttura di una rete microprogrammata e di
un’unità di controllo.
Abilità da sviluppare
Alla fine del modulo l’allievo deve saper:
Utilizzare il VHDL per descrivere i sistemi digitali di base da
implementare con circuiti dedicati programmabili dall’utente.
Impiegare gli strumenti software principali di un sistema di
sviluppo EDA e condurre a compimento un progetto semplice ma
completo, partendo dal file VHDL per giungere alla simulazione
e alla programmazione del componente.
Gestire un piccolo progetto completo.
Creare modelli descrittivi sia di circuiti combinatori che
sequenziali fondamentali.
Verificare su prototipo il circuito progettato.
Mod. 3 - Controlli: Finalità e obiettivi
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Contenuti
UD1: Le tecniche di sintesi modulare e i circuiti digitali dedicati
– L’uso dei circuiti combinatori standard come moduli universali
per la sintesi di reti combinatorie in generale: multiplexer,
decoder più porte OR, le memorie ROM, le PLA e le PAL.
– Ripresa degli automi a stati finiti come modello di sintesi delle
reti sequenziali.
– Le strutture ROM più registro.
– Classificazione dei circuiti dedicati.
– Qualche dettaglia sulla struttura delle PLD, CPLD e FPGA.
– Flusso di progetto con circuiti dedicati.
– Elementi fondamentali per la valutazione dei costi nello sviluppo
di un progetto con circuiti dedicati.
UD2: Il VHDL per le logiche programmabili
– Origine e scopi del VHDL e suo impiego nella sintesi di logiche
programmabili.
– Gli elementi costitutivi di un modulo VHDL: Entity e
Architecure.
– Segnali e port: tipi e modi.
– Identificatori, operatori ed elementi lessicali fondamentali.
– Modelli descrittivi comportamentali e strutturali.
– Semantica concorrente e sequenziale: strutture sintattiche di
assegnazione concorrente e processi.
– Il VHDL per descrivere logiche combinatorie, latch e registri.
– Descrizione degli automi a stati finiti di Mealy e di Moore.
– Organizzazione gerarchica dei moduli VHDL: realizzazione di
componenti e package.
– Strutture iterative.
UD3: Le reti microprogrammate
– Le strutture “ROM + registro” e “ROM + contatore” come
generatori di sequenza microprogrammati
– Soluzioni per l’implementazione di salti condizionati e
incondizionati: come tenere in conto gli ingressi nella sintesi di
una rete microprogrammata
– I sequenziatori microprogrammati come elementi di controllo di
una struttura “data flow”
– Analisi di una semplice Unità di Controllo.
Attività di laboratorio:
– Introduzione all’uso di una piattaforma di sviluppo EDA.
– Esercitazioni alla scrittura di programmi in VHDL.
– Sintesi automatica e generazione del file di programmazione per
le logiche programmabili.
– Simulazione e verifica del progetto.
– Programmazione dei componenti.
– Verifica sperimentale su prototipo di piccoli progetti completi.
Mod. 3 - Controlli: Finalità e obiettivi
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Bibliografia:
1. N. Lorusso: “Moduli di Elettronica (Vol.1)”; Edizioni Zanichelli,
Bologna 2001.
2. Slide Power Point redatte dal docente
3. E. Michelis, G. Paschetta, M: Tamburini: “Sistemi digitali,
Vol.2”; Petrini Editore, Torino 1996
4. K: Shakill: “VHDL for programmable logic”; Addison Wesley
Publishing, Menlo Park 1996
5. D.E. White: “Bit-slice design: controllers and ALUs”; Garland
STPM Press, New York 1981
Mod. 3 - Controlli: Finalità e obiettivi
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