ID:
70356
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
0
CFU:
0
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA/Ingegneria informatica - Sistemi di elaborazione Anno: 3
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (19/09/2024 - 17/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso approfondisce le realizzazioni circuitali dei sistemi elettronici digitali, permettendo quindi di comprendere le motivazioni alla base delle diverse scelte progettuali e introduce alcuni concetti fondamentali nella progettazione automatica e verifica dei sistemi digitali.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno le tecniche di analisi e progetto dei circuiti e sistemi digitali integrati con attenzione ai problemi legati al consumo di potenza, all’integrità dei segnali, al loro collaudo e le conoscenze di base relative alla progettazione e verifica dei sistemi digitali e livelli di descrizione di tali sistemi. In particolare:
• elementi di base della tecnologia dei semiconduttori;
• caratteristiche fondamentali di un circuito CMOS;
• conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi digitali complessi e delle loro interconnessioni con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, occupazione d'area, immunità ai disturbi e consumo di potenza;
• funzionamento e dimensionamento dei blocchi combinatori, statici e dinamici;
• funzionamento e dimensionamento di circuiti sequenziali, statici e dinamici;
• temporizzazione dei circuiti elettronici: distribuzione del segnale di sincronismo e deviazioni rispetto alle attese;
• collaudo dei circuiti integrati digitali.
• ruolo degli strumenti di progettazione automatica.
• sintassi e semantica del linguaggio VHDL.
• prestazioni dei sistemi digitali.
• sintesi ad alto livello dei sistemi digitali con riferimento all'ottimizzazione di costi e prestazioni.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) riguarderanno l’analisi e la progettazione di sistemi digitali utilizzando componenti dedicati. In particolare:
• analizzare il comportamento di circuiti digitali in condizioni statiche e dinamiche;
• identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento di un circuito digitale;
• identificare i circuiti combinatori e sequenziali più idonei per il progetto di uno specifico sistema elettronico;
• comprendere i problemi di temporizzazione che possono evidenziarsi durante il progetto di un sistema elettronico;
• individuare la procedura di collaudo più idonea per un sistema elettronico;
• individuare i vincoli di progetto di un sistema di autocollaudo in un circuito integrato digitale.
• descrivere tramite il linguaggio VHDL componenti digitali di media complessità descritti a diversi livelli di astrazione (gate, RTL, architettura).
• verificare tali descrizioni tramite la simulazione logica.
• analizzare semplici algoritmi e di implementarli via hardware ottimizzando costi e prestazioni.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno le tecniche di analisi e progetto dei circuiti e sistemi digitali integrati con attenzione ai problemi legati al consumo di potenza, all’integrità dei segnali, al loro collaudo e le conoscenze di base relative alla progettazione e verifica dei sistemi digitali e livelli di descrizione di tali sistemi. In particolare:
• elementi di base della tecnologia dei semiconduttori;
• caratteristiche fondamentali di un circuito CMOS;
• conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi digitali complessi e delle loro interconnessioni con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, occupazione d'area, immunità ai disturbi e consumo di potenza;
• funzionamento e dimensionamento dei blocchi combinatori, statici e dinamici;
• funzionamento e dimensionamento di circuiti sequenziali, statici e dinamici;
• temporizzazione dei circuiti elettronici: distribuzione del segnale di sincronismo e deviazioni rispetto alle attese;
• collaudo dei circuiti integrati digitali.
• ruolo degli strumenti di progettazione automatica.
• sintassi e semantica del linguaggio VHDL.
• prestazioni dei sistemi digitali.
• sintesi ad alto livello dei sistemi digitali con riferimento all'ottimizzazione di costi e prestazioni.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) riguarderanno l’analisi e la progettazione di sistemi digitali utilizzando componenti dedicati. In particolare:
• analizzare il comportamento di circuiti digitali in condizioni statiche e dinamiche;
• identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento di un circuito digitale;
• identificare i circuiti combinatori e sequenziali più idonei per il progetto di uno specifico sistema elettronico;
• comprendere i problemi di temporizzazione che possono evidenziarsi durante il progetto di un sistema elettronico;
• individuare la procedura di collaudo più idonea per un sistema elettronico;
• individuare i vincoli di progetto di un sistema di autocollaudo in un circuito integrato digitale.
• descrivere tramite il linguaggio VHDL componenti digitali di media complessità descritti a diversi livelli di astrazione (gate, RTL, architettura).
• verificare tali descrizioni tramite la simulazione logica.
• analizzare semplici algoritmi e di implementarli via hardware ottimizzando costi e prestazioni.
Prerequisiti
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Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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Conoscenza dei componenti fondamentali dei componenti digitali. Conoscenza dei concetti base inerenti ai linguaggi di programmazione Conoscenza dei principi di funzionamento di un microprocessore .
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
------------------------------------------------------------
Per seguire il corso è necessario avere piena conoscenza delle basi di Sistemi Elettronici Digitali.
In particolare è necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite da corsi del 1° e 2° anno:
• concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale;
• conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• conoscenze della teoria dei circuiti: legge di Ohm e di Kirchhoff e loro applicazione pratica; metodi per trattare i circuiti elettrici in regime continuo e transitorio;
• conoscenze delle reti logiche: aritmetica binaria; circuiti combinatori e sequenziali;
• capacità di analizzare a livello logico sistemi digitali di dimensioni ridotte.
Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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Conoscenza dei componenti fondamentali dei componenti digitali. Conoscenza dei concetti base inerenti ai linguaggi di programmazione Conoscenza dei principi di funzionamento di un microprocessore .
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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Per seguire il corso è necessario avere piena conoscenza delle basi di Sistemi Elettronici Digitali.
In particolare è necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite da corsi del 1° e 2° anno:
• concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale;
• conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• conoscenze della teoria dei circuiti: legge di Ohm e di Kirchhoff e loro applicazione pratica; metodi per trattare i circuiti elettrici in regime continuo e transitorio;
• conoscenze delle reti logiche: aritmetica binaria; circuiti combinatori e sequenziali;
• capacità di analizzare a livello logico sistemi digitali di dimensioni ridotte.
Metodi didattici
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Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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Il corso consiste di lezioni teoriche ed esercitazioni guidate nelle quali vengono utilizzati strumenti automatici di progettazione.
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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In via sperimentale il corso sarà tenuto in modalità “flipped classroom”. Ciò significa che le lezioni sono già state videoregistrate e sono fruibili in modo autonomo da parte degli studenti, seguendo una scaletta temporale proposta dal docente. Ogni settimana ci sarà un incontro in aula nel quale verranno ripetuti dal docente i punti fondamentali delle lezioni proposte per la settimana precedente, verranno poste domande che serviranno allo studente per un’autoverifica dell'apprendimento e verranno risolti alcuni esercizi. Questi incontri settimanali in aula saranno fruibili anche a distanza.
Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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Il corso consiste di lezioni teoriche ed esercitazioni guidate nelle quali vengono utilizzati strumenti automatici di progettazione.
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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In via sperimentale il corso sarà tenuto in modalità “flipped classroom”. Ciò significa che le lezioni sono già state videoregistrate e sono fruibili in modo autonomo da parte degli studenti, seguendo una scaletta temporale proposta dal docente. Ogni settimana ci sarà un incontro in aula nel quale verranno ripetuti dal docente i punti fondamentali delle lezioni proposte per la settimana precedente, verranno poste domande che serviranno allo studente per un’autoverifica dell'apprendimento e verranno risolti alcuni esercizi. Questi incontri settimanali in aula saranno fruibili anche a distanza.
Verifica Apprendimento
Il superamento dell'esame è prova di aver acquisito le conoscenze e le abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento.
Per ciò che riguarda la parte relativa ai linguaggi di descrizione dell’hardware, l’esame consiste di 3 parti:
1. una piccola relazione su una delle ''attività'' di laboratorio svolte durante il corso
(punteggio da 0 a 2) il cui scopo è quello di verificare la comprensione delle esercitazioni svolte (da consegnare prima dell'inizio della sessione estiva dell'a.a. in cui si è svolto il corso);
2. una prova scritta durante la quale vengono svolti semplici esercizi che verificano sia i contenuti teorici del corso che le metodologie di modellazione e ottimizzazione di semplici moduli digitali (punteggio da 0 a 15). In particolare, in una prima tipologia di esercizi viene verificata, mediante la realizzazione del modello di componenti VHDL, la comprensione del modello timing del VHDL o la capacità di descrivere componenti digitali combinatori e sincroni. Nella seconda tipologia, viene invece verificata la comprensione delle metodologie di valutazione e ottimizzazione delle prestazioni dei sistemi digitali mediante l'applicazione di algoritmi di scheduling a semplici data-flow graph.
3. un progettino su un tema specifico assegnato dal docente (punteggio da 0 a 15). I progettini sono organizzati in modo da richiedere la comprensione teorica di uno degli argomenti trattati durante il corso, il suo approfondimento e la sua applicazione a un problema specifico.
Il superamento della prova d'esame richiede la sufficienza (punteggio >= 9/15) sia nello scritto 1) che nel progettino 2), provando in questo modo di aver acquisito le conoscenze e le abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento. Il progettino e lo scritto possono essere svolti in qualsiasi ordine ed un eventuale valutazione positiva non ha limiti di tempo.
Il voto finale è dato dalla media (calcolata per eccesso) dei voti ottenuti nelle due prove.
Vista la complessità della materia, viene lasciata allo studente la possibilità di dividere l’esame in due parti distinte, una relativa ai sistemi elettronici digitali, l’altra relativa ai linguaggi di descrizione dell’hardware
Per ciò che riguarda i sistemi elettronici digitali, l’esame è diviso in 2 parti che hanno luogo nello stesso giorno.
• Una prova a quiz (quiz a risposta multipla o soluzioni di esercizi numerici) su tutti gli argomenti trattati nel corso. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia e la comprensione degli argomenti di base e ha carattere di selezione (lo studente che non mostri una sufficiente conoscenza degli argomenti non è ammesso alle prove successive). Per superare la prova è necessario acquisire almeno 8 punti su 20. Il tempo previsto per la prova è di 60’. Non è consentito consultare testi o utilizzare PC, smart phone, calcolatrici,.. ;
• una prova orale nella quale non sarà valutata tanto l'abilità nel "ripetere" qualche argomento trattato a lezione, quanto la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi trattati durante il corso. Per superare la prova è necessario acquisire almeno 5 punti su 13. Il superamento della prova è testimonianza dell’aver acquisto la conoscenza dei metodi per l’analisi dei sistemi digitali complessi e delle loro interconnessioni in presenza di vincoli su costo, velocità, occupazione d’area e immunità ai disturbi.
Vista la complessità di molti schemi circuitali, allo studente non è richiesto di saperli ridisegnare a memoria. Lo studente può utilizzare gli schemi visti a lezione e sui quali ha studiato. L’obiettivo dello studio, infatti, non è ricordare a memoria schemi circuitali che, probabilmente, fra pochi anni non saranno più utilizzati, ma avere compreso le motivazioni teoriche, applicative ed economiche che hanno portato alla definizione di quelle specifiche soluzioni circuitali.
La preparazione dello studente non si baserà, pertanto, sulla capacità di ricordare, a memoria, schemi o formule, ma nella capacità di spiegare le motivazioni che portano a specifiche scelte circuitali e nell’individuarne potenziali limiti.
La prova ha anche l’obiettivo di esercitare lo studente nella presentazione orale delle proprie conoscenze e competenze, con un effetto formativo nell’ambito delle Soft Skills.
Il voto finale è dato dalla somma dei 2 punteggi.
Per superare l’esame è necessario acquisire un punteggio minimo di 18 su 33.
Qualora una delle 2 prove risulti insufficiente o qualora il punteggio totale sia inferiore a 18 è necessario ripetere tutte e 2 le prove.
Il superamento dell’esame è prova dell’aver acquisto la capacità di applicare le conoscenze relative alle tecnologie per l’elaborazione digitale dei segnali e di analizzare il comportamento di circuiti e sistemi elettronici digitali nei diversi ambiti dell’ingegneria dell’informazione.
Per ciò che riguarda la parte relativa ai linguaggi di descrizione dell’hardware, l’esame consiste di 3 parti:
1. una piccola relazione su una delle ''attività'' di laboratorio svolte durante il corso
(punteggio da 0 a 2) il cui scopo è quello di verificare la comprensione delle esercitazioni svolte (da consegnare prima dell'inizio della sessione estiva dell'a.a. in cui si è svolto il corso);
2. una prova scritta durante la quale vengono svolti semplici esercizi che verificano sia i contenuti teorici del corso che le metodologie di modellazione e ottimizzazione di semplici moduli digitali (punteggio da 0 a 15). In particolare, in una prima tipologia di esercizi viene verificata, mediante la realizzazione del modello di componenti VHDL, la comprensione del modello timing del VHDL o la capacità di descrivere componenti digitali combinatori e sincroni. Nella seconda tipologia, viene invece verificata la comprensione delle metodologie di valutazione e ottimizzazione delle prestazioni dei sistemi digitali mediante l'applicazione di algoritmi di scheduling a semplici data-flow graph.
3. un progettino su un tema specifico assegnato dal docente (punteggio da 0 a 15). I progettini sono organizzati in modo da richiedere la comprensione teorica di uno degli argomenti trattati durante il corso, il suo approfondimento e la sua applicazione a un problema specifico.
Il superamento della prova d'esame richiede la sufficienza (punteggio >= 9/15) sia nello scritto 1) che nel progettino 2), provando in questo modo di aver acquisito le conoscenze e le abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento. Il progettino e lo scritto possono essere svolti in qualsiasi ordine ed un eventuale valutazione positiva non ha limiti di tempo.
Il voto finale è dato dalla media (calcolata per eccesso) dei voti ottenuti nelle due prove.
Vista la complessità della materia, viene lasciata allo studente la possibilità di dividere l’esame in due parti distinte, una relativa ai sistemi elettronici digitali, l’altra relativa ai linguaggi di descrizione dell’hardware
Per ciò che riguarda i sistemi elettronici digitali, l’esame è diviso in 2 parti che hanno luogo nello stesso giorno.
• Una prova a quiz (quiz a risposta multipla o soluzioni di esercizi numerici) su tutti gli argomenti trattati nel corso. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia e la comprensione degli argomenti di base e ha carattere di selezione (lo studente che non mostri una sufficiente conoscenza degli argomenti non è ammesso alle prove successive). Per superare la prova è necessario acquisire almeno 8 punti su 20. Il tempo previsto per la prova è di 60’. Non è consentito consultare testi o utilizzare PC, smart phone, calcolatrici,.. ;
• una prova orale nella quale non sarà valutata tanto l'abilità nel "ripetere" qualche argomento trattato a lezione, quanto la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi trattati durante il corso. Per superare la prova è necessario acquisire almeno 5 punti su 13. Il superamento della prova è testimonianza dell’aver acquisto la conoscenza dei metodi per l’analisi dei sistemi digitali complessi e delle loro interconnessioni in presenza di vincoli su costo, velocità, occupazione d’area e immunità ai disturbi.
Vista la complessità di molti schemi circuitali, allo studente non è richiesto di saperli ridisegnare a memoria. Lo studente può utilizzare gli schemi visti a lezione e sui quali ha studiato. L’obiettivo dello studio, infatti, non è ricordare a memoria schemi circuitali che, probabilmente, fra pochi anni non saranno più utilizzati, ma avere compreso le motivazioni teoriche, applicative ed economiche che hanno portato alla definizione di quelle specifiche soluzioni circuitali.
La preparazione dello studente non si baserà, pertanto, sulla capacità di ricordare, a memoria, schemi o formule, ma nella capacità di spiegare le motivazioni che portano a specifiche scelte circuitali e nell’individuarne potenziali limiti.
La prova ha anche l’obiettivo di esercitare lo studente nella presentazione orale delle proprie conoscenze e competenze, con un effetto formativo nell’ambito delle Soft Skills.
Il voto finale è dato dalla somma dei 2 punteggi.
Per superare l’esame è necessario acquisire un punteggio minimo di 18 su 33.
Qualora una delle 2 prove risulti insufficiente o qualora il punteggio totale sia inferiore a 18 è necessario ripetere tutte e 2 le prove.
Il superamento dell’esame è prova dell’aver acquisto la capacità di applicare le conoscenze relative alle tecnologie per l’elaborazione digitale dei segnali e di analizzare il comportamento di circuiti e sistemi elettronici digitali nei diversi ambiti dell’ingegneria dell’informazione.
Testi
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Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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Dispense fornite dal docente sul sito del corso.
Testo consigliato come riferimento per il linguaggio VHDL:
Zwolinski M. , VHDL - progetto di sistemi digitali, Pearson - Prentice-Hall
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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Appunti forniti dal docente. Il materiale didattica sarà interamente disponibile prima dell’inizio del corso su classroom.google.it con il codice znc3i6k
Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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Dispense fornite dal docente sul sito del corso.
Testo consigliato come riferimento per il linguaggio VHDL:
Zwolinski M. , VHDL - progetto di sistemi digitali, Pearson - Prentice-Hall
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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Appunti forniti dal docente. Il materiale didattica sarà interamente disponibile prima dell’inizio del corso su classroom.google.it con il codice znc3i6k
Contenuti
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Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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1) Introduzione alla progettazione dei sistemi digitali:
1.1) livelli di descrizione
1.2) sintesi e verifica
2) Il linguaggio VHDL
2.1) sintassi e semantica
2.2) il ruolo del VHDL nella simulazione e nella sintesi
2.3) realizzazione e simulazione di modelli di componenti digitali
3) Prestazioni dei sistemi digitali
3.1) metriche
3.2) determinazione della frequenza di clock per reti sincrone
3.3) static timng analysis
3.4) tecniche per il miglioramento delle prestazioni a livello gate e architetturale
4) Sintesi ad alto livello
4.1) estrazione di Data Flow Graph e Control Flow Graph dalla descrizione di un algoritmo
4.2) scheduling e allocazione
4.3) algoritmi di scheduling per l'ottimizzazione di costo o prestazioni in reti a ciclo singolo e pipelined
5) Introduzione alle tecnologie FPGA
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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Il corso prevede 60 ore. Trattando argomenti di base non sono previste esercitazioni di laboratorio.
Introduzione al corso
Riepilogo dei punti fondamentali visti nel corso di Sistemi Elettronici Digitali
Tecnologia dei semiconduttori
Semiconduttori – Diodo - Processi tecnologici di base: ossidazione, fotolitografia, drogaggio, metallizzazione - Considerazioni sui costi della tecnologia del Silicio
Transistore MOS
Fisica del transistore MOS - Tensione di soglia - Caratteristica Ids/Vds - Esempi polarizzazione nMOS Transistore pMOS
Porte logiche statiche
Famiglie logiche (parametri di confronto) – Caratteristiche statica e dinamica - Invertitore CMOS - caratteristica statica - Soglia logica - Dimensionamento simmetrico e ad area minima - Consumo di potenza dinamico - Consumo di potenza di short circuit e leakage - Modellistica connessioni - Resistenze - Capacità - Transitori di commutazione di un invertitore CMOS - Modello switch - Transitori in un NOR CMOS - Confronto NAND-NOR - FCMOS - trend capacità - Switching activity - Statistica dei segnali - Correlazioni tra i segnali - Logiche a rapporto - Logiche differenziali (DCVSL) - Logiche a pass transistor - Problemi nelle logiche a pass transistor. Utilizzo di level restorer - Pass transistor a soglia ridotta - Transfer gate
Cross talk e ground bouncing
Cross talk capacitivo;: cause ed effetti – Differenza tra linee floating e linee pilotate – Ground bouncing: cause ed effetti – Differenza tra stadi interni e stati di uscita – tecniche per la riduzione del ground bouncing.
Porte logiche dinamiche
Cross talk capacitivo – Partitore capacitivo - Logiche dinamiche: Velocità, consumo di potenza, switching activity - Corrente di leakage - Ridistribuzione di carica - Accoppiamento capacitivo - Connessione tra circuiti dinamici - Domino - Riepilogo dei diversi circuiti combinatori
Circuiti sequenziali
Circuiti sequenziali - Temporizzazioni - Registri edge triggered - Level sensitive latchs - Flip-flop - Clock Overlapping - Registri dinamici - Flip flop SR – C2MOS - Temporizzazione e sincronismo - Sistemi sincroni e asincroni temporizzati - Skew - Effetti su prestazioni e funzionalità - Jitter - Effetto su prestazioni - Effetto combinato di skew e jitter - Origine di skew e jitter – Parallelismo e pipeline - Tecniche di distribuzione del clock - Logiche autotemporizzate - Circuiti di "fine operazione" - Replica del ritardo - Segnali di controllo
Relazioni consumo-velocità
Controllo della potenza - Doppie alimentazione e tensione di soglia - Controllo run-time dell'alimentazione
Linee RC e linee di trasmissione
Trend resistenze - Reti RC distribuite - Esempi reti RC distribuite - Linee di trasmissione - Impedenza caratteristica - Onda riflessa ed onda trasmessa - Esempi dettagliati di comportamento in funzione della resistenza di sorgente - Caso reale con circuiti CMOS - Adattamento al carico e alla sorgente - Intervallo del rapporto Rs/Zo
Collaudo dei circuiti integrati
Costo del collaudo - Definizioni - Characterization & production testing - Collaudo parametrico e funzionale - Filosofia del collaudo - Generazione automatica dei vettori di collaudo - Simulazione di guasti - Esempio di controllabilità e osservabilità di un guasto - Generazione casuale - Design For Testability (DFT) - Aspetti economici del DFT - Metodi ad hoc - Scan design - Registri per scan design - Partial Scan - BIST: filosofia, vantaggi e svantaggi - Architettura BIST - Generazione random e pseudorandom - ALFRS - Generazione pesata - Analisi della risposta del circuito - Signature analysis - Stima dell'errore di aliasing - MISR - Procedura di progetto per il BIST – Boundary Scan test: comandi e funzioni
Insegnamento raggruppato: 64557 - LINGUAGGI DI DESCRIZIONE DELL'HARDWARE
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1) Introduzione alla progettazione dei sistemi digitali:
1.1) livelli di descrizione
1.2) sintesi e verifica
2) Il linguaggio VHDL
2.1) sintassi e semantica
2.2) il ruolo del VHDL nella simulazione e nella sintesi
2.3) realizzazione e simulazione di modelli di componenti digitali
3) Prestazioni dei sistemi digitali
3.1) metriche
3.2) determinazione della frequenza di clock per reti sincrone
3.3) static timng analysis
3.4) tecniche per il miglioramento delle prestazioni a livello gate e architetturale
4) Sintesi ad alto livello
4.1) estrazione di Data Flow Graph e Control Flow Graph dalla descrizione di un algoritmo
4.2) scheduling e allocazione
4.3) algoritmi di scheduling per l'ottimizzazione di costo o prestazioni in reti a ciclo singolo e pipelined
5) Introduzione alle tecnologie FPGA
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Insegnamento raggruppato: 70357 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
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Il corso prevede 60 ore. Trattando argomenti di base non sono previste esercitazioni di laboratorio.
Introduzione al corso
Riepilogo dei punti fondamentali visti nel corso di Sistemi Elettronici Digitali
Tecnologia dei semiconduttori
Semiconduttori – Diodo - Processi tecnologici di base: ossidazione, fotolitografia, drogaggio, metallizzazione - Considerazioni sui costi della tecnologia del Silicio
Transistore MOS
Fisica del transistore MOS - Tensione di soglia - Caratteristica Ids/Vds - Esempi polarizzazione nMOS Transistore pMOS
Porte logiche statiche
Famiglie logiche (parametri di confronto) – Caratteristiche statica e dinamica - Invertitore CMOS - caratteristica statica - Soglia logica - Dimensionamento simmetrico e ad area minima - Consumo di potenza dinamico - Consumo di potenza di short circuit e leakage - Modellistica connessioni - Resistenze - Capacità - Transitori di commutazione di un invertitore CMOS - Modello switch - Transitori in un NOR CMOS - Confronto NAND-NOR - FCMOS - trend capacità - Switching activity - Statistica dei segnali - Correlazioni tra i segnali - Logiche a rapporto - Logiche differenziali (DCVSL) - Logiche a pass transistor - Problemi nelle logiche a pass transistor. Utilizzo di level restorer - Pass transistor a soglia ridotta - Transfer gate
Cross talk e ground bouncing
Cross talk capacitivo;: cause ed effetti – Differenza tra linee floating e linee pilotate – Ground bouncing: cause ed effetti – Differenza tra stadi interni e stati di uscita – tecniche per la riduzione del ground bouncing.
Porte logiche dinamiche
Cross talk capacitivo – Partitore capacitivo - Logiche dinamiche: Velocità, consumo di potenza, switching activity - Corrente di leakage - Ridistribuzione di carica - Accoppiamento capacitivo - Connessione tra circuiti dinamici - Domino - Riepilogo dei diversi circuiti combinatori
Circuiti sequenziali
Circuiti sequenziali - Temporizzazioni - Registri edge triggered - Level sensitive latchs - Flip-flop - Clock Overlapping - Registri dinamici - Flip flop SR – C2MOS - Temporizzazione e sincronismo - Sistemi sincroni e asincroni temporizzati - Skew - Effetti su prestazioni e funzionalità - Jitter - Effetto su prestazioni - Effetto combinato di skew e jitter - Origine di skew e jitter – Parallelismo e pipeline - Tecniche di distribuzione del clock - Logiche autotemporizzate - Circuiti di "fine operazione" - Replica del ritardo - Segnali di controllo
Relazioni consumo-velocità
Controllo della potenza - Doppie alimentazione e tensione di soglia - Controllo run-time dell'alimentazione
Linee RC e linee di trasmissione
Trend resistenze - Reti RC distribuite - Esempi reti RC distribuite - Linee di trasmissione - Impedenza caratteristica - Onda riflessa ed onda trasmessa - Esempi dettagliati di comportamento in funzione della resistenza di sorgente - Caso reale con circuiti CMOS - Adattamento al carico e alla sorgente - Intervallo del rapporto Rs/Zo
Collaudo dei circuiti integrati
Costo del collaudo - Definizioni - Characterization & production testing - Collaudo parametrico e funzionale - Filosofia del collaudo - Generazione automatica dei vettori di collaudo - Simulazione di guasti - Esempio di controllabilità e osservabilità di un guasto - Generazione casuale - Design For Testability (DFT) - Aspetti economici del DFT - Metodi ad hoc - Scan design - Registri per scan design - Partial Scan - BIST: filosofia, vantaggi e svantaggi - Architettura BIST - Generazione random e pseudorandom - ALFRS - Generazione pesata - Analisi della risposta del circuito - Signature analysis - Stima dell'errore di aliasing - MISR - Procedura di progetto per il BIST – Boundary Scan test: comandi e funzioni
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
3 anni
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