IntroduzioneMacchineDigitali

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)
i1
“aperto”
“chiuso”
i2
-
i1
a
a
c
c
i2
a
c
a
c
u
no
si
si
si
1 uscita
(Risultato)
Uscita (Effetto)
corrente SI
corrente NO
La tabella che descrive
l’elaborazione effettuata su
i1 e i2
si chiama
Tabella della Verità
Esempi di macchine digitali
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•
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•
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
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 3.000.000
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 e 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
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
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
come 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