Roberto
Roncella
Scheda informativa del corso di architettura dei sistemi
elettronici (ASE)
Informazioni sul corso (AA 24-25)
ASE
è un corso da 9 CFU del secondo anno della
laurea in
ingegneria elettronica. Il corso affronta gli aspetti di
base che
permettono la comprensione, la pianificazione e, in
prospettiva, il
progetto di
un sistema elettronico complesso e in particolare della
sua parte di gestione e controllo digitale.
Obiettivi
Formativi
Acquisire
i concetti alla base del funzionamento dei sistemi digitali,
dalla conoscenza dell'algebra di Boole fino al
microcontrollore.
Acquisire il concetto di rappresentazione dell'informazione e
approfondire il legame tra rappresentante e rappresentato,
individuando
le relazioni tra operazioni tra valori rappresentati e
algormitmi che
operano sulle relative rappresentazioni. Acquisire il concetto
di
segnale digitale e di sistema digitale per
l'elaborazione dell'informazione. Comprendere il collegamento
tra
descrizione logica e possibile realizzazione fisica di una
rete
digitale.
Informativi
Acquisire il lessico specifico dei
sistemi digitali.
Familiarizzare con le principali rappresentazioni di
grandezze numeriche in sistemi digitali.
Conoscere le più diffuse reti digitali disponibili sul mercato
come
sistemi integrati, in relazione alle possibili applicazioni
(per
esempio: multiplexer, registri, contatori, logiche varie,
ecc.). Conoscere un
microcontrollore di larga diffusione (si fa riferimento alla
famiglia AVR della Atmel) e il relativo linguaggio macchina.
Operativi
Capacità
di rappresentare correttamente dati numerici nei sistemi di
rappresentazione maggiormente diffusi nei sistemi digitali.
Capacità di
esecuzione degli algoritmi relativi a semplici operazioni
algebriche.
Capacità di sintesi di semplici reti digitali con diversa
potenzialità.
Capacità
di usare un microcontrollore, programmandolo in linguaggio
macchina
nell'ambiente di sviluppo messo a disposizione dal produttore.
Prerequisiti
Buone conoscenze di
matematica e informatica di base.
Programma di massima del corso
(vedi scheda catalogo corsi e registro delle lezioni)
Rappresentazioni numeriche
Algebra di Boole
Sistemi Reti digitali
combinatorie
Reti digitali sequenziali asincrone
Reti digitali sequenziali sincrone
Reti sincrone complesse, microprocessore
Microcontrollore e linguaggio macchina
Requisiti minimi
Tutti
i contenuti del corso hanno la loro importanza
e vengono proposti perché ritenuti utili per
conseguire gli obiettivi formativi e
professionali che il corso si propone. Alcuni
però hanno una particolare importanza e non
includerli nella preparazione oppure non
raggiungere una loro sufficiente comprensione
è causa di un esito negativo della verifica
orale. Cerco di riassumerli qui di seguito:
Rappresentazioni: numeri binari ed
esadecimali; passaggio di base; concetti di
base sulla rappresentazione di interi,
relativi (MS, C1, C2 e T); definizione dei
frazionali; standard binary32; codice ASCII
Algebra di Boole: operazioni elementari
(AND, OR, NOT e XOR), capacità di manipolare
espressioni booleane, dualità; teorema di De
Morgan
Reti combinatorie: sintesi ottima a
minimo numero di letterali; forma SP e PS; il
caso dei don't care e come gestirli; uso delle
mappe di Karnaugh fino a 5 variabili.
Reti combinatorie particolari: decoder
o DEMUX, MUX, codice Gray
Reti sequenziali semplici: latch SR e D
con abilitazione; flip-flop non trasparenti
D-FF, T-FF, JK-FF; registri e contatori ripple
carry fatti con T-FF
Memorie SRAM: segnali di interfaccia e
realizzazione di moduli
Reti sequenziali sincrone (modello di
Moore): descrizione col grafo,
architettura e sintesi; massima frequenza di
funzionamento
Sequenziatore con memoria per
realizzare diagrammi di flusso con scelta tra
2 alternative
Microcontrollore: architettura del
processore; set di istruzioni (usando il data
sheet)
Assembly: scrittura di semplici
subroutine
Esercitazioni
Il corso
prevede
esercitazioni numeriche che favoriscano la comprensione dei
contenuti
proposti e aiutino lo studente ad affrontare la verifica
conclusiva. In
massima parte gli esempi proposti hanno la stessa tipologia
degli esercizi proposti come compiti di
esame.
Materiale didattico e
testi di riferimento
Lucidi
proposti dal docente a lezione. Appunti e altre risorse
presenti sul sito. Data sheet dei componenti
elettronici presentati. Esercizi di esame svolti.
Testi di riferimento
Sistemi
digitali: D. D. Givone, "Digital Principles and Design",
McGraw Hill, 1ed. 2003
Elettronica
analogica: J. Millman, A. Grabel, P. Terreni, "Elettronica
di Millman", McGraw Hill Italia, 4ed. 2008
Altri testi utili per
l'approfondimento
Mano Morris
Balabian
Corsini Paolo: Dalla porta AND al calcolatore (testo di reti
logiche di un docente "storico" della scuola di ingegneria
pisana ed ex preside)
Millmann, Terreni: Microelettronica (testo base di
elettronica tradotto dal primo docente del corso di ASE e
prof. di elettronica)
