le macchine digitali Programma e Prove d esame 7: Reti sincrone 6: Reti asincrone Saper fare 5: Reti combinatorie

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1 1 RETI OGICHE nsegna a descrvere ed a progettare.. Macchne dgtal - Sstem artfcal che mpegano grandezze fsche con un numero fnto d valor per rappresentare ed elaborare nformazon ug D Stefano Roberto asch Andrea od Marco Prandn Asprant ngegner dell nformazone l mezzo l fne complesstà le macchne dgtal Programma e Prove d esame tutte le attvtà Saper fare 7: Ret sncrone 6: Ret asncrone Orale Prova scrtta controllo 5: Ret combnatore manuale calcolo msura meccanca elettrca elettronca tempo tecnologa Sapere 4: Gate, funzon, espresson 3: Modell d comportamento 2: t 1: Macchne dgtal Orale Prova ntermeda

2 2 Regolamento prove d esame esame prevede due prove: 1. Prova scrtta (2 esercz) Punt dsponbl: 22 Superamento: punteggo > 6 2. Prova orale Punt dsponbl: 11 Superamento: punteggo > 3 Voto esame: somma de puntegg delle due prove. È possble sostture la prova orale con: Prova ntermeda Prova costtuta da un eserczo da sostenere durante la prova scrtta d uglo Date prove d esame Prova ntermeda: 24/5 Prove scrtte: 26/6 17/7 1.1 Descrzone e progettazone Captolo 1 Macchne dgtal Struttura & Comportamento Descrzone e progettazone 1.2 Untà funzonal 1.3 Ret d nterruttor COMPORTAMENTO: vsta della macchna focalzzata sulle rsposte fornte a seguto d ogn possble sollectazone esterna STRUTTURA: vsta della macchna focalzzata su component e sulle modaltà con cu nteragscono

3 3 Anals & Sntes Il modello del blocco o scatola nera astrazone cosa fa Descrzone del COMPORTAMENTO ngresso de dat P uscta de rsultat come è fatta Sntes Anals Descrzone della STRUTTURA P relazone ngresso/uscta o d causa/effetto trasformazone temporzzazone vell d descrzone a descrzone del comportamento può essere pù e pù volte decomposta n comportament pù semplc da svolgere nello spazo e/o nel tempo Ogn lvello d questa gerarcha ndvdua strutture formate da component astratt la cu struttura è defnta nel lvello sottostante Scendendo dall alto verso l basso aumenta l numero d component e dmnusce la complesstà dell azone svolta da cascuno a) n sere Regole elementar d composzone b) n parallelo c) n retroazone M 1 M 2 M 1 s M 2 M 1 M 2 u u 1 u 2 u Funzone u=m 2 (M 1 ()) composta Deve operare prma l blocco a snstra, po quello a destra. u 1 =M 1 () { u2 =M 2 () I due blocch operano contemporaneamente. u=m 1 (, s) s=m 2 (u) u=m 1 (, M 2 (u - )) Sstema d funzon Funzone rcorsva È necessaro che l anello complet un calcolo prma d avvarne uno nuovo.

4 4 vello n Progettazone top-down e bottom-up Comportamento del sstema Struttura formata da sottosstem Component prmtv per l lvello n Il progetto, o sntes, su un lvello Descrzone del comportamento vello n-1 Comportament de var sottosstem Strutture formate da part pù semplc Component prmtv per l lvello n-1 Metodologe per l ottmzzazone del costo e delle prestazon CAD Descrzone della struttura vello 1 vello 0 Andament d tenson e d corrent elettrche Schem crcutal Component prmtv per l lvello 1 Fenomen fsc e chmc all nterno d materal Elenco de component dsponbl, del loro comportamento e delle modaltà con cu farl nteragre Progettazone a lvell Hardware e Software vello d progetto +1 Comportamento del nuovo sstema Struttura formata da part sottostant Prodotto d lvello +1 Calcolatore general purpose software hardware Component prmtv per l lvello +1 vello d progetto Comportament de var sottosstem Strutture formate da part pù semplc Prodotto d lvello Component prmtv per l lvello carcamento fetch execute fetch execute fetch t

5 5 a macchna programmable Software Applcatvo Software nguaggo d Programmazone Software d base Hardware vello archtettonco vello logco Instructon Set Processore, Memora, I/O, us Regstr, Contator, Selettor, Alu, ecc. Ret logche Famgle e brere d Crcut 1.2 Untà funzonal vello fsco Crcut elettronc Interruttor elettronc Ram, Regstro, Contatore Alu, Decoder Multplexer Il lvello logco Funzon, varabl, espresson Il Controllo ed l Percorso de dat rchesta notfca Processore,memora, I/O controllo vello archtettonco Adattabltà,veloctà capactà,scurezza, espressvtà vello logco Descrzone formale composzone, decomposzone vello fsco Affdabltà,veloctà ngombro,consumo, costo contatt, segnal e crcut dato comand stato percorso de dat rsultato

6 6 Central Processng Unt e Input/Output mmagne, poszone Interfacca Vdeo Ingresso Elaborazone centrale Uscta 0,0: nero 0,1: gallo controllo Selettore controllo controllo Montor N,M: blu rchesta dato protocollo d ngresso operand operazon rsultat protocollo d uscta notfca rsultato Generatore d coordnate Da 50 a 72 quadr al secondo uffer Selezone nterfacca della tastera Input, Central Processng Unt, Output CPU Input memora struzon Output Selettore premuto/non premuto Untà d ngresso rchesta controllo nterprete controllo notfca Generatore d nom Scansone uffer Z Y X Da 10 a 30 nterrogazon al secondo dato protocollo d ngresso esecutore memora dat protocollo d uscta rsultato

7 7 Archtettura d un calcolatore elettronco US 1.3 Ret d nterruttor Processore Memora prncpale Untà d ngresso/ uscta I/O, bus, nterfacce e dspostv Il trasporto dell nformazone destnazone Tastera Interfacca N. 0 sorgente segnale Montor Hard dsk Modem Interfacca N. 1 I/O Interfacca N. Interfacca N. k bus CPU SEGNAE - Grandezza fsca varable nel tempo l cu andamento o forma d onda rappresenta l nformazone che la parte sorgente vuole nvare alla parte destnazone. SEGNAI ANAOGICI: ogn varazone della grandezza fsca modfca l nformazone trasportata. SEGNAI DIGITAI: solo a certe varazon corrsponde una modfca d sgnfcato.

8 8 Segnal estern ed ntern Veloctà e Robustezza pede Pedale acceleratore AUTOMOIE IPOTESI: s dspone d una tensone elettrca che vara nell ntervallo 0 10 volt e d cu s è n grado d generare/msurare l valore con la precsone del centesmo d volt. PROEMA: comuncare l valore d un numero ntero < Carburatore Albero motore SOUZIONI Segnale analogco: occorre un stante d tempo, ma un rumore d ampezza par al centesmo d volt modfca l dato. Clndr Dfferenzale Segnale dgtale: una volta suddvso l ntervallo n 10 fasce da un volt occorrono tre stant d tempo; l nsensbltà al rumore è par a 0,5 volt. ruote Segnale bnaro: con due fasce da 5 volt la comuncazone rchede dec ntervall, ma la nsensbltà al rumore dventa d 2,5 volt. Forme d onda Segnal bnar: esemp Il segnale analogco y(t) nformazone Il dsturbo levetta: alta/bassa contatto: aperto/chuso lampadna: accesa/spenta Il segnale dgtale Il segnale bnaro H tensone elettrca: Hgh/ow crstallo lqudo: trasparente/opaco corrente elettrca: presente/assente

9 9 Segnal e macchne per l elaborazone dell nformazone Segnal 1) d ngresso 2) ntern 3) d uscta Trasduttor, Converttor, Attuator Trasduttore Converttore A/D A) analogc ) dgtal macchna analogca macchna dgtale Converttore D/A Attuatore Suggermento: leggere l approfondmento su converttor (dspense, pag.12) segnal analogc mcrofono termostato altmetro Converttore A/D segnal bnar tastera mouse floppy Macchne dgtal Elaborazone d segnal bnar segnal analogc altoparlante plotter dnamo Converttore D/A segnal bnar lampadna montor floppy Conversone dretta da A a D uce/uo uce/uo uce/uo

10 10 vello fsco: crcut, contatt e nterruttor buffer Comando che modfca la poszone del contatto cortocrcuto generatore crcuto elettrco C a r c o generatore generatore crcuto aperto C a r c o C a r c o astrazone 220 volt Interruttore Struttura ampada I l gate buffer vello fsco ANAISI la causa è la poszone dell nterruttore l effetto è l emssone o meno d luce Comportamento Interruttore alto basso ampada spenta accesa Azonamento manuale not astrazone I l gate not Apparat elettrc Telegrafo 220 volt nterruttore I Interruttore alto basso ampada accesa spenta lampada ANAISI la causa è la poszone dell nterruttore l effetto è l emssone o meno d luce

11 11 Tabelle con smbol astratt I I or l gate buffer l gate not 0 = f 1 () 0 = f 2 () 1 Il gate or 1 1 0: contatto alto o luce accesa 1: contatto basso o luce spenta 0 Contatt n parallelo A I1 I2 I1 I2 A aperto aperto aperto aperto chuso chuso chuso aperto chuso chuso chuso chuso and And e Or a pù d due ngress x 1 x 2 z x 1 x 2 z x 3 x 3 Il gate and N.. - Il numero de segnal d ngresso d un gate è detto fan-n. Contatt n sere Contatt n parallelo A Contatt n sere I1 I2 I1 I2 A aperto aperto aperto aperto chuso aperto chuso aperto aperto chuso chuso chuso x 1 x 2 x 3 z x 1 x 2 x 3 z

12 12 ex-or C D A Il gate ex-or devatore D1 220 volt devatore D2 lampada D1 D2 alto alto spenta basso alto accesa alto basso accesa basso basso spenta gen. d corrente Φ2 = k 2 forza d attrazone al traferro Azonamento elettromagnetco C D A pulsante M Motore elettrco l relè molla Φ1 forza d attrazone della molla Almentaz. n corrente contnua pulsante A nterruttore Relè S N bobna materale ferromagnetco I pulsant d Marca e Arresto d un motore

13 13 pulsante M pulsante M Alm. Alm. pulsante A nterruttore Corrente I S N pulsante A nterruttore S N Marca! e me lo rcordo! pulsante M pulsante M Alm. Alm. pulsante A nterruttore S N pulsante A nterruttore S N.. Ho nteso! Arrestat!

14 14 pulsante M Relè ad autortenuta : tabulazone degl esperment Pulsante M Pulsante A Interruttore Corrente I Stuazone rlascato rlascato aperto NO stable Alm. pulsante A nterruttore S N rlascato rlascato chuso SI premuto rlascato aperto SI premuto rlascato chuso SI rlascato premuto aperto NO stable nstable stable stable rlascato premuto chuso NO nstable premuto premuto aperto SI nutle Arrestat! premuto premuto chuso SI nutle pulsante M astrazone A M I (t + t) = I(t) t Alm. pulsante A nterruttore S N Contatt dspost n sere/parallelo ed una retroazone con rtardo t tra la corrente d comando del relè e la poszone del contatto M Alm. A Ho capto! I

15 15 Azonamento elettronco nterruttore! Il not elettronco Causa valore alto valore basso Effetto corrente SI corrente NO I l transstore bpolare unpolare + E Corrente elettrca Corrente elettrca Tensone elettrca Corrente elettrca 0 volt oppure +E volt V V u +E volt oppure 0 volt V V u 0 + E + E 0 Forme d onda della causa e dell effetto Il gate nor Forma d onda della tensone o della corrente n ngresso H x 1 x 2 z tempo + E Forma d onda della corrente n uscta H tempo V 1 V2 V u N.. Gl nterruttor n parallelo possono essere pù d due. V 1 V 2 V u H H H H H

16 16 Il gate nand Tecnologa elettronca: chp e contentor V 1 V 2 + E V u x 1 x 2 N.. Gl nterruttor n sere possono essere pù d due. z V 1 V 2 V u H H H H H H H Anno Sgla nterruttor/chp 1968 SSI MSI 300 Standard 1972 SI DIP 1975 VSI PCC UVSI PCC CERQUAD SECC Tecnologa e prestazon Tecnologa elettronca: collegament Azonamento ntegrazone! +5 volt evoluzone Manuale Elettrco Elettronco Transstore unpolare area: 10-9 mm 2 veloctà: com./sec consumo: 10-4 watt costo: 10-3 lre massa SN SN