Elettronica digitale
Flusso di progetto di un'architettura digitale
- Definizione specifiche
- Disegno architettura del sistema schema e blocchi su vari livelli
- Progetto logico
- Verificazione circuito
- Layout circuitale
Schema a blocchi architettura
- Architettura di sistema (2 blocchi)
- Architettura RTL (Register Transfer Level)
- Livello logico (rete di porte)
- Livello circuitale
Layout: si ricostruisce il circuito gerarchicamente per livelli e si definisce il layout di stampa.
Circuiti digitali tipologie
- IC o ASIC (Application Specific IC): realizzati in fonderia da specifico Layout.
- FPGA (Field Programmable Gate Array): chip prestampati e programmabili.
- Componenti hardware discreti o IC utilizzabili singolarmente es: porte logiche.
Segnale digitale
(Si parla di segnali generalmente riferendosi ad una tensione) Un segnale si definisce digitale se assume solo valori chiamati valore alto e valore basso (identificati da 2 livelli di tensione: "valore basso 0, valore alto 1"). Non esiste un segnale reale che effettivamente passi istantaneamente dal valore basso a quello alto (o viceversa). Inoltre, non esiste un segnale che mantenga un valore di tensione esattamente costante a causa del rumore. Per definire perciò i 2 livelli del segnale si introducono delle soglie di tensione che indicano quando il segnale è alto o è basso (quando il segnale sta tra le 2 soglie, esso per un breve lasso temporale assume lo stato "X" indeterminato).
Segnale analogico
Un segnale analogico assume infiniti stati ed ogni variazione di stato ha significato. È possibile "modellare in digitale" un segnale analogico per approssimazione. Gli infiniti stati dell'analogico si creano più segnali digitali (ma n segnali digitali corrispondono a 2n stati diversi).
Variabili operazioni e porte logiche
Variabili logiche
Identifichiamo con le lettere maiuscole le variabili logiche che assumono soltanto i valori 0, 1 corrispondenti ai livelli digitali basso ed alto.
Operazioni logiche e porte
Ad ogni operazione è associata una porta logica che possiede un'implementazione circuitale fisica (ogni porta in un circuito reale introduce un ritardo sul segnale).
- NOT o inverter A con barra o not A o ∼A
- AND A∧B o A·B o A and B
- OR A∨B o A+B o A or B
- XOR (exclusive or) A⊕B
- A cui si aggiungono NAND e NOR che sono la composizione di NOT rispettivamente con AND ed OR
- NAND (not and) A con barra sopra B
- NOR (not or) A con barra sopra B
Tavole di verità
Le tavole di verità definiscono l'output di un'operazione in relazione alle varie combinazioni per i valori (le tavole delle verità definiscono univocamente un'operazione).
| Not | A | A con barra |
|---|---|---|
| 0 | 1 | |
| 1 | 0 |
| In | And | Or | Xor | Nand | Nor | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | B | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
7 postulati di Bool
- ∃K dotato dell'operatore, K = {0,1}
- K è chiuso rispetto alle operazioni logiche
- Se A,B ∈ K, C = AB o C = A+B, allora C ∈ K
- ∃0 | A+0 = A ed ∃1 | A·1 = A
- A+B = B+A e AB = BA proprietà commutativa
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