Appunti degli studenti per corsi ed esami del Prof. Scorzoni Andrea

Il seguente documento rappresenta un riassunto utile per la preparazione dell'esame Elettronica dei Sistemi Digitali. Sono stati utilizzati Appunti presi a lezione nell'aa.17-18, ed è stato consultato il libro di testo consigliato Reti Logiche, Mano, Kime, IV Ed. Pearson. Sono stati aggiunti anche esempi ed esercizi su sistemi sequenziali, memorie, conversioni tra sistemi numerici, in modo da rendere più chiari i concetti. All'interno del documento, sono presenti tutti gli argomenti richiesti dal professore in sede di esame, con l'aggiunta di qualche informazione extra.

Appunti di Elettronica dei sistemi digitali per l’esame del professor Scorzoni. Gli argomenti trattati sono i seguenti: Modelli per lo studio dei sistemi digitali: le reti logiche. Richiami su rappresentazione posizionale dei numeri (sistema numerico decimale e binario). Sistemi numerici ottale ed esadecimale. Conversione tra sistemi numerici. Operazioni aritmetiche. Codici binari e alfanumerici. Cenni sulla rappresentazione in virgola mobile. Esercizi di verifica del profitto sui sistemi numerici. Postulati e teoremi dell’algebra di commutazione. Classificazione delle reti logiche. Insiemi funzionalmente completi di reti logiche elementari. Criteri di costo. Semplificazioni a due livelli con l’uso di mappe di Karnaugh, minimizzazione del costo tramite manipolazione algebrica di espressioni (circuiti multi-livello). OR esclusivo e parità. Metodologia classica di progetto di reti logiche combinatori. Progettazione gerarchica. Convertitori di codice. Decoder, encoder, multiplexer. Limiti della metodologia classica di progetto di reti combinatorie: metodologia di progetto con componenti standard MSI e LSI: sintesi con decoder e OR e tramite multiplexer. Funzioni Aritmetiche. Richiami su rappresentazioni in complemento a 1 e in complemento a 2. Sommatori e sottrattori binari. Overflow. Cenni sui un linguaggio di descrizione hardware (VHDL). Esercizi di verifica del profitto su reti logiche combinatorie. Circuiti Sequenziali. Latch SR e D, flip-flop master-slave SR e JK, flip flop edge triggered D JK e T. Classificazione secondo Mealy e Moore. Cenni sulle reti sequenziali asincrone e problema delle delle alee statiche. Metodologia di progetto di reti sequenziali sincrone. diagramma degli stati e tabella di flusso, codifica degli stati e tabella delle transizioni, mappa delle variabili di stato e di uscita, espressioni, schema logico. Reti sincrone con ingressi sincroni e asincroni. Moduli elementari di elaborazione sequenziale: registri e contatori. Esercizi di verifica del profitto sulle reti sequenziali sincrone. Circuiti per l’elaborazione di segnali digitali: principi operativi e cifre di merito. Caratterizzazione statica: livelli logici e livelli elettrici, transcaratteristica, margini di rumore, caratteristiche statiche di ingresso (e diodi di protezione) e di uscita. Caratterizzazione dinamica: ritardo di propagazione e tempo di transizione. Consumo di potenza statico e dinamico Prodotto ritardo-consumo. Il transistore MOS: richiami, principi di funzionamento in regime stazionario. Equazioni approssimate della corrente. Analisi delle principali non-idealità: modulazione della lunghezza di canale, effetto body. Comportamento in regime dinamico: capacità associate al transistore MOS. L’invertitore nMOS e CMOS. Logiche CMOS statiche, logiche a porte di trasmissione (passtransistor, transmission gate). Famiglie logiche CMOS. Cenni sulle famiglie logiche bipolari, sugli stadi di ingresso e di uscita TTL e sul BiCMOS. Interfacciamento fra diverse famiglie. Esempi di memorie a semiconduttore volatili e non volatili: ROM, RAM, FLASH. Esempi di circuiti a logica programmabile: PAL, CPLD. Sintesi di circuiti combinatori tramite ROM, PAL.