Elettronica. Anno Accademico 2013/2014 Massimo Barbaro

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1 Elettronica Anno Accademico 2013/2014 Massimo Barbaro Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria (EOLAB)

2 Informazioni sul corso Massimo BARBARO Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Padiglione B, secondo piano Tel A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 2

3 Programma del Corso Introduzione al corso di Elettronica: Temi principali dell elettronica. Circuiti analogici e digitali. Dispositivi e componenti. Software di simulazione e di progettazione assistita. Dispositivi elettronici analogici: Principio di funzionamento del diodo a giunzione e del transistor, BJT, JFET, MOSFET e semplici circuiti integrati. L'amplificazione di tensione e di potenza. La reazione e la controreazione. L'amplificatore operazionale. Analisi di circuiti lineari e non lineari basati su A.O. Dispositivi elettronici digitali: Piccola scala di integrazione (porte logiche fondamentali, reti logiche combinatorie, circuiti sequenziali). Media scala di integrazione (registri, contatori, piccoli sistemi di codifica, decodifica, visualizzazione). Grande scala di integrazione (memorie ecc.). Microprocessori: struttura e programmazione. Progettazione e strumenti per la progettazione assistita: Le fasi della progettazione. Dal progetto alla realizzazione: problemi e tecniche. Utilizzazione del CAD per progettare, simulare e realizzare piccoli dispositivi analogici e digitali. Il collaudo. La documentazione del processo progettuale e la documentazione d'uso. A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 3

4 Ore di lezione: 8 Ore di esercitazione: 10 Struttura del Corso Sito del corso: A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 4

5 Simulatori: Strumenti di studio PSpice: software per la simulazione di componenti e circuiti Kit sperimentali: ASLK Pro (Analog System Lab Kit): kit per il test di componenti e circuiti analogici della Texas Instruments Nexsys 2: kit per il test di circuiti digitali con logica programmabile della Digilent Galileo: kit per lo sviluppo di appicazioni su piattaforma Arduino della Intel A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 5

6 Obiettivi Conoscere gli strumenti di simulazione per circuiti Organizzare un esercitazione di laboratorio con componenti discreti Organizzare un esercitazione di laboratorio con componenti programmabili A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 6

7 Sistemi Digitali Modulo 1 Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria (EOLAB)

8 Sistemi digitali I concetti fondamentali che spiegano perché sia importante conoscere i sistemi digitali sono esemplificati dalle seguenti considerazioni I sistemi digitali occupano ormai in maniera pervasiva quasi ogni aspetto della realtà moderna Sono alla base praticamente di ogni sistema di elaborazione, conservazione o trasferimento dell informazione, qualunque sia la natura dell informazione stessa Sono così diffusi che spesso li utilizziamo senza neanche rendercene conto A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 8

9 Sistemi digitali E importante sottolineare come l elettronica digitale sia alla base di un enorme numero di dispositivi che si utilizzano nella vita quotidiana, anche quando meno ce ne rendiamo conto. Usiamo un oggetto digitale quando: Telefoniamo Guardiamo un DVD Preleviamo soldi dal bancomat Lavoriamo al PC Fotografiamo Programmiamo il condizionatore d aria Guidiamo A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 9

10 Vantaggi dei sistemi digitali Per comprendere a fondo le caratteristiche che hanno fatto dell elettronica digitale la tecnologia vincente di questo secolo è bene sottolineare i vantaggi che essa comporta. Questi non saranno chiari che alla fine di un corso, ma è bene sottolinearli già dall inizio per poi, con esempi pratici durante tutto il corso, ribadire il concetto. I vantaggi sono Programmabilità Versatilità Velocità Precisione Costo Semplicità di progettazione A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 10

11 Sistemi Digitali La definizione di sistema digitale è molto larga. Bisogna sottolineare comunque, fin dall inizio, che gli aspetti caratteristici sono due: Le informazioni vengono rappresentate in forma binaria, utilizzando cioè solo due simboli (0 e 1) L elaborazione si basa sull algebra di Boole (o della commutazione), ossia sugli elementi della logica A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 11

12 Segnali Digitali Campionamento e quantizzazione Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria (EOLAB)

13 Segnali digitali I concetti di campionamento e quantizzazione sono alla base della possibilità di elaborare un segnale con un dispositivo di tipo digitale Anche se sono stati spiegati in altri corsi, questi due concetti debbono essere ribaditi all inizio di un corso sull elettronica digitale perché sono alla base del fatto stesso di potere utilizzare i circuiti che si spiegheranno per elaborare qualsiasi tipo di dato Il fatto che ogni tipo di segnale possa essere (e venga) rappresentato con dei numeri è molto meno immediato di quanto si pensi ed è però il punto cruciale con cui si può comprendere la semplicità ed eleganza di tutta l elettronica digitale A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 13

14 I segnali digitali sono Segnali digitali DISCRETIZZATI NEL TEMPO DISCRETIZZATI IN AMPIEZZA Questo significa che un qualsiasi segnale, che sia esso un suono, un immagine, una temperatura o qualsiasi altra cosa, è rappresentato da una sequenza di NUMERI: Ogni numero rappresenta il valore del segnale in un particolare istante (istante di campionamento) Ogni numero può assumere un insieme discreto e finito di valori possibili A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 14

15 Segnali digitali Segnale Il segnale originale varia con continuità nel tempo e può assumere qualsiasi valore in ampiezza Campionamento Si considera il valore del segnale solo in determinati istanti di tempo chiamati istanti di campionamento Quantizzazione Si suddivide l intervallo di variazione del segnale in un certo numero (finito) di livelli di quantizzazione e si discretizza il valore campionato, ossia si memorizza solo l intervallo di appartenenza e non il valore esatto t t t A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 15

16 Quantizzazione Quantizzare significa discretizzare, passare cioè da un insieme continuo di valori ad un insieme discreto. Avendo, ad esempio, un segnale che può assumere valori fra 0 e 4, discretizzare su 4 livelli significa dividere l intervallo 0-4 in 4 sottointervalli: Intervallo 0-1 Intervallo 1-2 Intervallo 2-3 Intervallo 3-4 A seconda dell intervallo nel quale ricade il segnale, esso verrà rappresentato con un numero associato a quel particolare intervallo. Tutti i valori dello stesso intervallo vengono quindi rappresentati con lo stesso numero A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro Errore di quantizzazione

17 Campionamento e quantizzazione E possibile dimostrare, matematicamente, che il processo di campionamento, che permette di trasformare un segnale continuo (come un suono) in una sequenza di numeri NON comporta perdita di informazione. E quindi sempre possibile, sotto opportune condizioni, ricostruire esattamente il segnale originale Il processo di quantizzazione, invece, introduce un errore (errore di quantizzazione) che non può più essere recuperato (se rappresento sia 2.76 che 2.1 con il numero 2 non saprò mai quale era il numero originario). Se il numero di livelli di quantizzazione, però, è sufficientemente elevato, l errore diventa molto piccolo e trascurabile. L errore massimo è infatti pari all ampiezza del singolo intervallo, che risulta molto piccola se si prende un gran numero di intervalli A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 17

18 Segnali digitali Un immagine fissa, ad esempio, è rappresentata da una matrice di numeri che rappresentano l intensità luminosa Un video è rappresentato da una sequenza di immagini fisse, quindi un insieme di immagini ognuna presa in un certo istante di campionamento A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 18

19 Segnali digitali Un documento di testo è rappresentato da una sequenza di numeri, ognuno dei quali rappresenta una lettera e le eventuali sequenze di controllo (a capo, tabulazione, etc.) secondo un sistema di codifica detto ASCII 73 I 110 n 115 s 116 t 97 a 108 l 108 l 105 i 110 n 103 g A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 19

20 Rappresentazione dei numeri Rappresentazione binaria dei segnali campionati e discretizzati Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria (EOLAB)

21 Sistemi digitali Proprio il fatto che le informazioni sono rappresentate sempre come numeri ha dato il nome ha questo tipo di sistemi DIGIT : Termine inglese per CIFRA Non tutti i sistemi elettronici sono sistemi digitali, ad esempio Musicassette Televisione terrestre analogica A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 21

22 Rappresentazione dei numeri Come vengono rappresentati, a loro volta, i numeri? Utilizzando la notazione posizionale b 3 b 2 b 1 b 0 N = b 3 r 3 +b 2 r 2 +b 1 r 1 +b 0 r 0 Cifra (può assumere un valore compreso fra 0 e r-1) Base (radix, in inglese) In una rappresentazione decimale, ovviamente, r=10 e le cifre sono comprese fra 0 e 9 A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 22

23 Rappresentazione binaria In generale, in un sistema digitale la base utilizzata è 2 (numeri binari) in quanto si hanno a disposizione solo due cifre (0 e 1) b 3 b 2 b 1 b 0 D = b b b b Esempio: D = 1x2 3 +0x2 2 +1x2 1 +1x2 0 = Il pedice in basso a destra indica la base della notazione A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 23

24 Rappresentazione dei numeri Generalizzando rispetto al numero N di cifre utilizzate, la formula per ricavare l equivalente decimale di un numero binario è: Word (N bit) b N b 0 Bit (b i ) D N 1 i 0 b i 2 i b 0 bit meno significativo (estrema destra) b N-1 è il bit più significativo (estrema sinistra) A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 24

25 Rappresentazione binaria La rappresentazione fisica avviene per mezzo di grandezze elettriche. A disposizione ci sono fondamentalmente 3 grandezze da utilizzare (tensione, corrente, carica). Normalmente la scelta cade sulla tensione, che è più facile da maneggiare e misurare V (volt) 1 (vero) 0 (falso) A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 25

26 Rappresentazione binaria A ciascun simbolo, quindi, viene associato un intervallo di valori di tensione e non un 5 singolo valore. I due intervalli sono separati da una banda proibita di 3.5 valori di tensione che non dovrebbero MAI essere raggiunti. La presenza di disturbi 1.5 (rumore) quindi non altera i dati a meno che l intensità del rumore stesso non causi 0 un salto da un intervallo all altro. V (volt) Il dato non cambia valore V1 V2 Il dato cambia valore A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 26

27 Rappresentazione binaria La rappresentazione binaria è quindi un astrazione logica che consente di dimenticare i dettagli fisici (il segnale in realtà è una tensione quindi un segnale analogico) per concentrarsi sugli aspetti logici del sistema L esistenza di soli 2 simboli, inoltre, rende più semplice realizzare i circuiti perché il rumore influenza molto meno il comportamento dei dispositivi Le operazione logiche seguono le regole dell algebra di Boole (della commutazione) A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 27

28 Rappresentazione binaria L aspetto cruciale di tutto questo discorso sta nel fatto che l informazione (qualsiasi informazione) può essere rappresentata da una sequenza di DUE SOLI SIMBOLI La rappresentazione fisica di questi simboli può cambiare da dispositivo a dispositivo ma l informazione che essi portano è sempre la stessa! Esiste una marea di esempi facilmente ottenibile dalla vita reale che possono essere usati per chiarire questo concetto: L informazione nei circuiti elettronici di un PC (RAM, processore, periferiche) è rappresentata con una tensione L informazione contenuta nella memoria flash di una scheda USB, o di una fotocamera digitale o di un lettore MP3 portatile è invece rappresentata da una carica elettrica (intrappolata o meno in un capacitore) L informazione contenuta in un disco rigido è rappresentata da uno stato magnetico L informazione rappresentata in un CD o un DVD è di tipo ottico (un fascio laser che viene riflesso o meno) A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 28

29 Elaborazione di segnali digitali Richiami sull algebra di Boole Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria (EOLAB)

30 Algebra di Boole L algebra di Boole o della commutazione è lo strumento che si usa per l elaborazione dell informazione binaria. L algebra di Boole si basa su 2 simboli (0/1) e i 3 operatori: somma (+), prodotto ( ) e negazione ( ). A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 30

31 Algebra della commutazione L algebra della commutazione è definita su un insieme di due elementi (0 e 1), che sono gli elementi con cui abbiamo costruito la rappresentazione delle informazioni e che corrispondono al FALSO e VERO dell algebra inizialmente sviluppata da Boole Gli operatori sono 3, gli stessi di Boole: PRODOTTO LOGICO (AND, ) SOMMA LOGICA (OR, +) NEGAZIONE (NOT, ) A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 31

32 Funzioni logiche Una funzione logica è una relazione algebrica ingresso/uscita che lega un numero N di ingressi con l uscita. x 1 x 2 F(x 1,x 2,,x N ) F x N A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 32

33 Rappresentazione di funzioni logiche Una qualsiasi funzione logica può essere rappresentata in svariati modi. Tabella di verità: la tabella di verità ha tante righe quante sono le possibili combinazioni degli ingressi e per ogni riga viene indicato il valore della funzione Espressione logica: la funzione è rappresentata per mezzo di un espressione algebrica contenente le variabili di ingresso e gli operatori logici di base Mappe di Karnaugh: rappresentazione grafica basata sulla visualizzazione delle combinazioni di ingressi per cui la funzione vale 1 (o 0), utilizzata per la minimizzazione della funzione stessa Schematico: rappresentazione grafica per mezzo di simboli A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 33

34 Principali funzioni logiche Espressione algebrica NOT Z=X X Z 0 1 Tabella di verità 1 0 Simbolo grafico OR Z=X+Y X Y Z AND Z=X Y X Y Z A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 34

35 Principali funzioni logiche NOR Z=(X+Y) X Y Z NAND Z=(X Y) X Y Z XOR X Y Z XNOR Z= X Y + X Y Z=X Y +X Y X Y Z A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 35

36 Implementazione di funzioni logiche E dimostrabile che qualsiasi funzione logica può essere implementata con i soli operatori di somma, prodotto e negazione e con solo 2 livelli di logica. Ossia con somme di prodotti o prodotti di somme. A B 1 livello 2 livello 1 livello 2 livello A F B F C D Somma di prodotti C D Prodotto di somme A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 36

37 Insieme funzionalmente completi L insieme AND, OR, NOT è dunque funzionalmente completo perché avendo a disposizione solo tali operatori è possibile implementare ogni funzione logica Anche il solo insieme AND, NOT è funzionalmente completo, grazie al teorema di DeMorgan che consente di trasformare una somma in un prodotto Per dualità è completo anche il solo insieme OR, NOT A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 37

38 Insieme funzionalmente completi Il solo operatore NAND (il simbolo della NAND è ) è un insieme funzionalmente completo, infatti: Con una NAND si può implementare l operatore NOT: A = (AA) = A NAND A Con la NAND si può implementare il prodotto AB = (AB) = (A B) = (A B) (A B) Con la NAND si può implementare la somma A+B = (A+B) = (A B ) = (A A) (B B) Analogamente si può mostrare che la sola NOR è un insieme funzionalmente completo A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 38

39 Implementazione con operatori NAND A B C D (X Y) =NAND(X,Y) F Per il teorema di DeMorgan è possibile trasformare la somma di prodotti in modo da avere solo operatori NAND (X +Y )=(X Y) =NAND(X,Y) A B F A B F C D C D A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 39

40 Implementazione con operatori NOR A B C D (X+Y) =NOR(X,Y) F Analogamente è possibile realizzare il prodotto di somme con soli operatori NOR (X Y )=(X+Y) =NOR(X,Y) A B F A B F C D C D A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 40

41 Realizzazione fisica di sistemi digitali Evoluzione tecnologica dei sistemi di elaborazione digitali Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Microelettronica e Bioingegneria (EOLAB)

42 Sistemi digitali Il concetto stesso di elaborazione digitale ha avuto un drammatico impatto sull evoluzione della società moderna portando allo sviluppo della tecnologia con maggiore tasso di crescita mai prodotta nella storia dell umanità Una rapida carrellata sulla storia della realizzazione di sistemi digitali e della tecnologia di realizzazione fisica dei dispositivi integrati consente di meglio comprendere gli aspetti peculiari della progettazione ed utilizzazione di sistemi di questo genere A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 42

43 Il primo calcolatore La prima macchina calcolatrice paragonabile ad un moderno elaboratore non è un dispositivo elettronico ma bensì meccanico, il Difference Engine I realizzato da Babbage nel 1832 Macchina in grado di compiere operazioni elementari in sequenza arbitraria Sistema di numerazione decimale Composto da più di componenti meccanici Costo di sterline dell epoca A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 43

44 Elettronica digitale La svolta, nella realizzazione di sistemi di calcolo automatici, avvenne con il passaggio all elettronica che consentiva costi minori e minore complessità costruttiva Inizialmente si trattava comunque di dispositivi basati su valvole (vacuum tubes), quindi ancora ingombranti e dispendiosi in termini di energia I primi elaboratori ebbero uso militare (ENIAC, usato nella II Guerra Mondiale per il calcolo delle traiettorie balisistiche dell artiglieria americana) ENIAC valvole Dimensioni di una stanza A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 44

45 Il transistor Data la complessità della tecnologia valvolare non era possibile aumentare la potenza di calcolo degli elaboratori a valvole (l ENIAC aveva meno capacità di calcolo di quella contenuta in un telefonino GSM) La svolta avviene nel 1947 con l invenzione del transistor (Bell Telephone Laboratories). Il transistor implementa le stesse funzionalità di una valvola in forma integrata (a stato solido) quindi occupando meno spazio, utilizzando meno potenza e raggiungendo velocità enormemente superiori 1947 Transistor a giunzione A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 45

46 Lo sviluppo della tecnologia porta rapidamente alla capacità di integrare più transistor sullo stesso pezzo di materiale dando il via allo sviluppo dei circuiti integrati e l esplosione delle capacità di elaborazione implementabili su un singolo pezzo di silicio (chip) Il primo circuito integrato è realizzato da Jack Kilby nel 1958 (Texas Instruments) Circuiti integrati Porta logica ECL a 3 ingressi A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 46

47 Il transistor MOS L ultima svolta di rilievo nella tecnologia elettronica è stata l introduzione del transistor MOS, alla fine delgi anni 60 (anche se l idea di base risale al 1925, ma limiti tecnici di produzione impedirono la realizzazione) Il transistor MOS, con la sua incredibile capacità di scalare (diminuire in dimensione) al migliorare della tecnologia ha permesso l esplosione del mercato elettronico e la miniaturizzazione estrema dei circuiti integrati A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 47

48 Legge di Moore (1965) Nel 1965 Gordon Moore predisse che il numero di transistor contenuti in un circuito integrato sarebbe aumentato in modo esponenziale, ossia che sarebbe DUPLICATO ogni 18 mesi A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 48

49 Legge di Moore aggiornata Più volte è stata annunciata l impossibilità di mantenere il passo dettato da tale legge, eppure risulta valida ancora oggi La legge di Moore è diventata quasi un pungolo per l intera industria elettronica che si sente obbligata a rispettarla A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 49

50 Scaling L aumento del numero di transistor contenuti in un circuito integrato è legato principalmente alla miniaturizzazione del singolo transistor (scaling) che consente di ottenere: Circuiti più compatti Più veloci Meno dispendiosi in termini di energia per commutazione (1->0 o 0->1) A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 50

51 Aumento della frequenza Lo scaling ha permesso il continuo aumento della velocità dei processori A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 51

52 Legge di Moore e grafici E importante stabilire un nesso fra gli aspetti teorici e la realtà quotidiana Questo è molto facile nel campo dell elettronica digitale perché tutti fanno uso di dispositivi come il PC e conoscono le sigle dei principali processori Nei grafici è quindi bene sottolineare l introduzione dei processori più noti (per il momento il Pentium) sottolineando il progresso tecnologico che è stato necessario per arrivare fino a tale risultato A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 52

53 Legge di Moore e frequenza Altro aspetto fondamentale è l aumento delle frequenza di funzionamento (la caratteristica forse più conosciuta del processore) Tale aumento non sarebbe possibile senza la capacità di realizzare dispositivi sempre più piccoli Il motivo è facilmente spiegabile con l analogia familiare dei mezzi di locomozione: è evidentemente più facile fare prendere velocità ad una macchina che non ad un autoarticolato, questo perché la massa (è l inerzia) è proporzionale in parte alle dimensioni. Nello stesso modo a transistor più piccoli corrispondono dispositivi più veloci perché la massa (la capacità, come si vedrà in seguito) è più piccola A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 53

54 Limiti all aumento dell integrazione Uno dei maggiori limiti all aumento dell integrazione non è solo tecnologico ma anche pratico: all aumento dei componenti integrati aumenta la dissipazione di potenza sul chip A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 54

55 Aumento della potenza L aumento della potenza presto renderà impossibile diminuire la quantità di calore sviluppata dal singolo chip Può essere solo parzialmente corretto a livello di progettazione A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 55

56 Legge di Moore e potenza Anche in questi grafici è possibile sottolineare aspetti pratici, in particolare la flessione del consumo di potenza avviene in corrispondenza dell introduzione delle logiche CMOS che poi verranno studiate E bene quindi sottolineare che le cose che si imparano hanno una effettiva corrispondenza commerciale: l introduzione del CMOS dà luogo ad una evidente flessione nei grafici della densità di potenza visto che la principale proprietà delle logiche CMOS è l eliminazione del consumo di potenza statica A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 56

57 Punti chiave dell evoluzione tecnologica La rappresentazione digitale non comporta necessariamente l elaborazione elettronica (Babbage = sistema meccanico) L elaborazione elettronica non comporta necessariamente la miniaturizzazione (ENIAC = computer delle dimensioni di una stanza) Il primo snodo fondamentale è l invenzione del transistor (che elimina le valvole) Il secondo snodo fondamentale è l invenzione del circuito integrato (mettere più transistor nello stesso pezzo di silicio) Il terzo snodo fondamentale è l introduzione del MOS (riduzione della potenza) Senza questi elementi non sarebbero stati possibili i sistemi digitali moderni A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 57

58 Riassumendo I sistemi digitali costituiscono la grandissima maggioranza dei sistemi elettronici I segnali digitali sono campionati e quantizzati La rappresentazione delle informazioni è binaria I simboli binari sono rappresentati elettricamente da intervalli di tensioni L elaborazione delle informazioni si basa sull algebra di Boole Esistono vari metodi per rappresentare una funzione logica Il rapido sviluppo della tecnologia del silicio ha permesso una crescita vertiginosa delle capacità di elaborazione di un qualsiasi sistema digitale A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 58

59 Legge di Moore e didattica Esempi tratti dalla vita pratica possono servire a mettere in evidenza dei paradossi per rendere ancora più evidenti alcuni concetti che sono così quotidianamente utilizzati da non essere facilmente distinti Questa sequenza di strisce tratta da vecchi numeri di Topolino, ad esempio, può dare rapidamente il senso stesso dell evoluzione della tecnologia. Si parla infatti di una storia dei primi anni 80 (quindi relativamente recente) ambientata nel futuro. La visione del futuro è così lontana dalla realtà da far comprendere quanto sia stata rapida ed impensabile l evoluzione prodotta in soli 20 anni. A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 59

60 Legge di Moore Topolino nel mondo di Eta Beta 29 Novembre 1981 A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 60

61 Legge di Moore Un transistor che non lascia passare corrente è un paradosso in una tecnologia integrata A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 61

62 Legge di Moore 5000 transistor sono un numero ridicolo in un mondo dove nel solo Pentium sono presenti milioni di transistor A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 62

63 Legge di Moore In una tecnologia integrata non si sostituisce il singolo transistor A.A. 2013/2014 Elettronica - Intro M. Barbaro 63