PRESENTAZIONE

L’insegnamento introduce i fondamenti dell’analisi e della progettazione dei sistemi elettronici digitali. A partire dall’algebra booleana e dall’aritmetica binaria, vengono presentati i metodi di analisi e progetto delle reti combinatorie e sequenziali. Particolare attenzione è dedicata alle macchine a stati finiti (MSF) e al loro impiego come unità di controllo. Il percorso si conclude con l’introduzione all’architettura e al funzionamento dei sistemi a 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

Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• rappresentare ed elaborare informazioni digitali mediante codici binari, operazioni aritmetiche e strumenti dell’algebra booleana;
• analizzare e progettare reti combinatorie, traducendo le specifiche in funzioni logiche, minimizzandole e verificandone la realizzazione circuitale;
• analizzare reti sequenziali, determinando l’evoluzione degli stati e delle uscite e considerando i vincoli di temporizzazione;
• progettare macchine a stati finiti, definendo stati, transizioni e uscite e rappresentandone il comportamento mediante diagrammi ASM;
• progettare semplici sistemi controller–datapath, individuando le risorse di elaborazione, i segnali di controllo e la sequenza delle operazioni;
• descrivere il funzionamento di un sistema a microprocessore e le interazioni tra unità di controllo, unità di elaborazione, memoria e dispositivi di ingresso/uscita;
• simulare e prototipizzare sistemi digitali, verificandone la conformità alle specifiche e individuando errori funzionali e temporali;
• motivare e comunicare le scelte progettuali con un linguaggio tecnico appropriato, confrontando soluzioni alternative in termini di correttezza, complessità ed efficienza energetica.

PREREQUISITI

Sono richieste conoscenze di base di analisi matematica, fisica e logica. È utile una conoscenza preliminare dell’algebra booleana, i cui fondamenti saranno comunque trattati durante l’insegnamento.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento alterna lezioni frontali ed esercitazioni pratiche. Prima delle lezioni saranno rese disponibili le slide utilizzate dal docente e le note didattiche (lecture notes) a supporto dello studio individuale. Durante gli incontri, il docente approfondirà i concetti presentati nel materiale e ne illustrerà l’applicazione, guidando gli studenti nella progettazione e simulazione di circuiti digitali e discutendo con loro le difficoltà incontrate.

Gli studenti potranno utilizzare facoltativamente il proprio computer durante le lezioni per svolgere le attività proposte. Le esercitazioni prevedono la risoluzione al calcolatore di problemi applicativi mediante le tecniche illustrate a lezione.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi sono invitati a contattare il docente e il referente di Scuola per la disabilità all’inizio dell’insegnamento per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali. I contatti del referente di Scuola per la disabilità sono disponibili al seguente link: Comitato di Ateneo per l’inclusione delle studentesse e degli studenti con disabilità o con DSA | UniGe | Università di Genova

PROGRAMMA/CONTENUTO

L’insegnamento affronta i seguenti argomenti:

• Rappresentazione digitale delle informazioni: sensori e attuatori, conversione digitale/analogica, funzioni booleane e reti logiche.
• Circuiti combinatori: minimizzazione delle funzioni booleane, mappe di Karnaugh e cenni ai metodi algoritmici.
• Aritmetica binaria: codici e operazioni, rappresentazioni in complemento, conversioni, principali architetture aritmetico-logiche, codici per la rilevazione degli errori e codici alfanumerici.
• Reti sequenziali: temporizzazione, flip-flop, registri, contatori e analisi del comportamento.
• Macchine a stati finiti: diagrammi ASM, blocchi di stato e condizionali, uscite condizionate, metodi di progettazione, criteri di assegnazione degli stati e cenni alle macchine asincrone.
• Introduzione ai sistemi a microprocessore: impiego delle MSF come controllori e organizzazione dei principali componenti di un calcolatore: unità di elaborazione, unità di controllo, memoria e dispositivi di ingresso/uscita.

L’insegnamento affronta inoltre il rapporto tra progettazione digitale e sostenibilità, con attenzione all’impatto ambientale dei sistemi elettronici, all’efficienza energetica e all’impiego responsabile delle risorse.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Le slide, le note didattiche, il codice sorgente e gli altri materiali utilizzati durante l’insegnamento saranno disponibili su aul@web. Il materiale fornito, integrato dagli appunti delle lezioni, è sufficiente per la preparazione dell’esame. Per approfondimenti si consigliano:

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

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/11911/studenti-orario

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame comprende una prova scritta e una prova orale. La prova scritta può essere sostenuta in un’unica soluzione al termine dell’insegnamento oppure attraverso due prove parziali durante il suo svolgimento. Gli argomenti sono così suddivisi:

• prima prova parziale: analisi e progettazione di circuiti combinatori e reti sequenziali;
• seconda prova parziale: analisi e progettazione di sistemi digitali controllati da macchine a stati finiti.

La prova orale comprende la discussione dello scritto e domande sugli argomenti teorici trattati durante l’insegnamento.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi possono richiedere misure compensative e/o dispensative per l’esame. Le modalità saranno definite caso per caso, nel rispetto del Regolamento di Ateneo, d’intesa con il docente e con il referente della Scuola per la disabilità e i DSA.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prova scritta ha una durata di 3 ore; la prova orale dura circa 15 minuti. Ulteriori indicazioni sulle prove e sul livello di approfondimento richiesto saranno fornite durante le lezioni.

La prova scritta valuta la capacità di applicare le conoscenze acquisite a problemi di analisi e progettazione di sistemi digitali. Lo studente dovrà sviluppare soluzioni corrette e coerenti con le specifiche, illustrando il procedimento seguito e motivando le scelte effettuate.

La prova orale valuta la comprensione dei concetti teorici, la capacità di esporli con precisione e di discuterne le condizioni di applicazione, i vantaggi e i limiti. Durante la discussione dello scritto, lo studente dovrà giustificare le proprie scelte progettuali e confrontarle con possibili soluzioni alternative.

Nel complesso, le prove accertano la padronanza dei contenuti, la capacità di applicarli a casi concreti, l’autonomia di giudizio e la chiarezza dell’esposizione tecnica.

ALTRE INFORMAZIONI

Rivolgersi al docente per ulteriori informazioni non comprese nella scheda insegnamento.