PRESENTAZIONE

L'insegnamento fornisce le basi per lo studio ed il progetto di sistemi elettronici digitali. Dopo aver esaminato i fondamenti dell'algebra booleana e dell'aritmetica binaria, l'insegnamento introduce le metodologie di analisi e di progetto delle reti digitali combinatorie e sequenziali, utilizzando per queste ultime la tecnica delle Macchine a Stati Finiti (MSF), realizzate con l’aiuto dei diagrammi Algorithmic State Machine (ASM). Infine, utilizzando le MSF come controllore di sistema si arriva a introdurre il concetto di microprocessore.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Scopo della prima parte dell’insegnamento è fornire agli studenti le basi della progettazione digitale (dall'algebra booleana alle reti sequenziali). La seconda parte introduce i sistemi a microprocessore e la loro programmazione in linguaggio macchina. Il laboratorio consente allo studente di applicare le conoscenze acquisite alla simulazione, progettazione e prototipizzazione di sistemi digitali. L'insegnamento si pone nella direzione di formare una figura professionale capace di progettare dispositivi hardware e software.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento ha l'obiettivo di formare una figura professionale capace di analizzare, comprendere e risolvere problemi di progettazione di dispositivi hardware digitali dedicati. In particolare, al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di analizzare il comportamento di sistemi digitali basati su reti combinatorie e sequenziali, descriverne la loro funzionalità in termini di macchine a stati finiti, e di risolvere problemi di progettazione di sistemi di controllo di reti organizzate secondo il modello “controller - datapath”. ​Le lezioni di laboratorio consentono allo studente di applicare le conoscenze acquisite alla simulazione, progettazione e prototipizzazione di sistemi digitali. 

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento comprende lezioni frontali e esercitazioni pratiche, alternate a seconda delle necessità. In particolare, prima delle lezioni frontali, saranno fornite agli studenti slides e simulazioni, durante le lezioni il docente applicherà a problemi complessi i concetti descritti nel materiale fornito, approfondirà gli argomenti trattati, seguirà la produzione di elaborati scritti da parte degli studenti e discuterà con loro delle principali difficoltà incontrate.

Gli studenti possono in modo facoltativo utilizzare i propri calcolatori durante la lezione per mettere in pratica quanto proposto dal docente. Durante le esercitazioni, gli studenti devono risolvere al calcolatore problemi reali applicando le tecniche descritte durante le lezioni frontali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il seguente elenco riporta gli argomenti trattati durante l’insegnamento:

• rappresentazione digitale delle informazioni: sensori e attuatori, conversione digitale/analogica, funzioni booleane, reti logiche e teorema di espansione di Shannon;
• circuiti combinatori: minimizzazione di funzioni booleane, mappe di Karnaugh, cenno ai metodi algoritmici;
• aritmetica binaria: codici e operazioni, complementi, conversioni, principali architetture aritmetico-logiche, codici a rilevazione di errore, codici alfanumerici;
• reti sequenziali: temporizzazioni, Flip-Flop, registri, contatori, analisi di reti sequenziali;
• macchine a Stati Finiti: diagrammi ASM (blocco di stato, blocco condizionale, uscite condizionate), progettazione, criteri per l'assegnazione degli stati, cenni alle macchine asincrone;
• verso il microprocessore: utilizzo delle MSF come controllori per introdurre gli elementi fondamentali di un calcolatore numerico: unità di processo, unità di controllo, memoria, unità di ingresso/uscita. 

Le Nazioni Unite hanno stilato un elenco di 17 obiettivi nell'ambito dell'agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile, che spaziano dalla fine della povertà e della fame nel mondo al miglioramento della salute e dell'istruzione, fino alla riduzione delle disuguaglianze e delle ingiustizie. Ogni prodotto si basa su risorse fisiche per esistere. I prodotti digitali non fanno eccezione, anche se non possiamo toccare il mondo digitale, esso ha un impatto ambientale in rapida crescita sul nostro pianeta. Per i progettisti digitali esiste un'opportunità creativa unica per incrementare i vantaggi della de-materializzazione di diversi prodotti e ciò richiede l'applicazione di conoscenze specifiche sulla sostenibilità digitale, l'adozione di nuovi strumenti e l'evoluzione dei metodi di progettazione. Come progettisti abbiamo la possibilità di consentire alle aziende di fornire prodotti non solo desiderabili e redditizi, ma anche centrati sull'uomo e rispettosi dell'ambiente. Quando progettiamo tenendo conto della sostenibilità, sviluppiamo sistemi digitali efficienti dal punto di vista energetico (12. Consumo e produzione responsabili). Durante l'insegnamento, verrà fatta chiarezza sull'impatto dei sistemi digitali sull'ambiente fisico cercando di evidenziare le sfide che esistono nello spazio digitale quando si vuole creare un mondo più sostenibile. Inoltre, nel presentare esempi di implementazione di sistemi digitali, si utilizzeranno scenari volti a favorire un uso sostenibile delle risorse naturali (13. Azione per il clima, 15. Vita sulla terraferma, 14. Vita sotto l'acqua), al miglioramento della vita nelle città (11. Città e comunità sostenibili, 3. Buona salute e benessere) e nelle industrie (9. Industria, innovazione e infrastrutture).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides e il codice sorgente utilizzati durante le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aul@web. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aul@web sono sufficienti per la preparazione dell'esame. I libri sottoindicati forniscono ulteriori approfondimenti e risorse sugli argomenti trattati a lezione e sono suggeriti come testi di appoggio:

• G. Donzellini. Introduzione al progetto di sistemi digitali. Springer
• D. Harris, Digital Design and Computer Architecture, Morgan Kaufmann

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

RICCARDO BERTA (Presidente)

CHRISTIAN GIANOGLIO (Presidente Supplente)

EDOARDO RAGUSA (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/9273/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame si articola in una prova scritta e una prova orale. È possibile sostenere la prova scritta in due momenti durante l’insegnamento (prove parziali) oppure in un unico momento al termine dell’insegnamento. La prova scritta consiste nell’analisi e nel progetto di sistemi digitali basati su circuiti combinatori, reti sequenziali (prima prova parziale) e reti controllate da macchine a stati finiti (seconda prova parziale). La prova orale verte sulla discussione della prova scritta e sugli argomenti teorici trattati a lezione.

Agli studenti con disturbi specifici di apprendimento (DSA) sarà consentita l’adozione di specifiche modalità e supporti che saranno stabiliti caso per caso in accordo col Delegato dei corsi di Ingegneria nella Commissione per l’inclusione di studenti con disabilità.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I dettagli sulle modalità di accertamento e sul grado di approfondimento necessrio per ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. Il tempo a disposizione per la prova scritta è di 3 ore, mentre la prova orale ha una durata di circa 15 minuti. Con la prova scritta lo studente dovrà dimostrare di aver compreso gli argomenti trattati e di saperli applicare correttamente a casi di studio, sia di analisi sia di progettazione, giustificando le proprie scelte. Durante la prova orale, lo studente dovrà dimostrare di aver assimilato i concetti appresi a lezione. Per ogni concetto, lo studente dovrà ricordare la definizione, descrivere le condizioni per la sua applicazione, discutere criticamente gli eventuali vantaggi e svantaggi. Nel commentare le risposte fornite durante lo scritto, allo studente verrà richiesto di descrivere le scelte progettuali compiute, le possibili alternative scartate e le motivazioni. I problemi presentati e le domande poste permetteranno di valutare la capacità di applicare in situazioni realistiche le conoscenze acquisite.

Calendario appelli