Luigi Di StefanoEugenio FaldellaRoberto LaschiStefano MattocciaTullio Salmon

Aspiranti ingegneri dell’informazione

RETI LOGICHE insegnaa descrivere eda progettare…..

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

Ingressi (Cause) Uscita (Effetto)

“aperto” corrente SI “chiuso” corrente NO

i1

i2

+

-

Sistemadigitale

1 uscita 2 ingressi

(da elaborare) (Risultato)u

i1 i2 ua a noa c sic a sic c si

La tabella che descrive l’elaborazione effettuata su

i1 e i2

si chiama Tabella della Verità

Esempi di macchine digitali• 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

Hardware

Software Applicativo

Linguaggio di Programmazione

Software di base

Processore, Memoria, I/O, Bus

Reti logiche

Famiglie e Librerie di Circuiti

Circuiti elettronici

Livello architettonico

Livello logico

Livello fisico

Registri, Contatori, Selettori, Alu, ecc.

Instruction Set

Interruttori elettronici

Livello Architettonico

L’hardware del calcolatore si interfaccia con il software attraverso il suo set di istruzioni (linguaggio macchina )

Ogni blocco della struttura è costituito da circuiti elettronici digitali

Bus di sistema

Unità di elaborazione

PCALU

RegistriCache

Memoriaprincipale

Programma

Dati ingressi e uscitelocali

Registri ditransito e di stato

Interfacce

Struttura del calcolatore (macchina digitale a esecuzione sequenziale e programma memorizzato)

Rete

Tecnologia elettronica: piastre e connettori

StandardSCSIPCMCIA……..

Tecnologia elettronica: chip e contenitori

StandardDIP PCC PLCC CERQUAD

…… SECC

Anno Sigla interruttori/chip 1968 SSI 30 1970 MSI 300

1972 LSI 3.000 1975 VLSI 30.000 1992-5 UVLSI 3.000.000

1.1 - Descrizione e progettazione1.2 - Il modello del comportamento1.3 - La proprietà di decomposizione

Capitolo 1

Sistemi digitali

1.1 Descrizione eprogettazione

Cosa fa?

Come è fatto?

Un sistema digitale:

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

Sistemadigitale

usciteingressi

causa effetto

Descrizionedella

STRUTTURA

Descrizionedel

COMPORTAMENTO

Sintesi

Analisi

Analisi & Sintesi astrazione

cosa fa

come èfatta

•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 componentie diminuisce la complessità dell’azione svolta da ciascuno

Livelli di descrizione

• La descrizione del comportamento può essere più e più volte decompostain comportamenti più semplici

Il progetto o sintesi

Descrizione del

comportamento

Elenco dei componenti disponibili, del loro comportamento e delle modalità con cui farli interagire

Metodologie per l’ottimizzazione del

costo e delle prestazioni

Descrizionedella

struttura

Noi ci occuperemo del livello logico

Hardware

Processore, Memoria, I/O, Bus

Reti logiche

Famiglie e Librerie di Circuiti

Circuiti elettronici

Livello architettonico

Livello logico

Livello fisico

Registri, Contatori, Selettori, Alu, ecc.

Instruction Set

Interruttori elettronici

software

Gli interruttori elettronici sono Dispositivi a tre morsetti:

il primo controlla il passaggiodi corrente tra gli altri due

1

2 3

1

2 3

Azionamento elettronico

Causa Effettovalore “alto” corrente SIvalore “basso” corrente NO

Correnteelettrica

Correnteelettrica

Correnteelettrica

Tensioneelettrica

il transistorebipolare unipolare

interruttore!

interruttore elettronicoaperto da L

e chiuso da H

H

L

Forma d’ondadella tensioneo della correntedi ingresso nelmorsetto di controllo

tempo

Causa/effetto nell’interruttore elettronico

Tecnologia e prestazioni

Azionamento Potenza Ingombro Velocità

Manuale decimetri secondi

Elettrico watt centimetri ms

Elettronico nw micron ns

evoluzione

Livello logico

Livello logico - Astrazione del livello fisicoin cui si prescinde da ogni aspetto tecnologicoper poter studiare e progettare complesse strutture, o “reti”, di interruttori da impiegare come componenti nel livello architettonico.

Livelli di progettazione

Prodotto dilivello 0

Prodotto dilivello 1

Prodotto dilivello n-1

Livello diprogetto 0

Componenti “primitivi” per il livello 0

Livello diprogetto 1

Componenti “primitivi” per il livello 1

Livello diprogetto n

Livello diprogetto n- 1

Componenti “primitivi” per il livello n-1

Comportamentodel sistema

Struttura formata da sottosistemi

Comportamentidei vari sottosistemi

Strutture formate da parti più semplici

Schemi circuitali

Andamenti di tensioni e di correnti elettriche

Gestione di fenomeni fisici e chimici all’interno di materiali

Azionamento manuale