Obiettivi formativi
Il corso si propone di dare allo studente la conoscenza necessaria
alla realizzazione in forma digitale di un algoritmo presentando le
possibili alternative comprese tra l'utilizzo di un sistema di
calcolo automatico general purpose e la costruzione di un
dispositivo digitale dedicato. Queste conoscenze costituiscono i
prerequisiti necessari alla comprensione dei meccanismi di
funzionamento di un sistema informativo e del processo di codifica
di un programma a partire da una sua descrizione ad alto livello.
Attività formative
Il corso viene svolto in 80 ore di lezione e 30 ore di laboratorio.
Le attività pratiche vengono svolte utilizzando le
attrezzature hardware e software presenti nei laboratori didattici
del Dipartimento.
Programma del corso
- Fondamenti:
- Codifica dell'informazione:
- Dall'informazione analogica a quella digitale.
- I sistemi numerici posizionali.
- La codifica alfanumerica.
- La codifica dei numeri relativi.
- Funzioni Booleane:
- Algebra di commutazione.
- Forme canoniche (mintermini e maxtermini).
- Operatori universali.
- Aritmetica:
- La codifica dei numeri in virgola mobile (IEEE 754).
- Le operazioni tra numeri in virgola mobile.
- I sommatori ripple-carry e carry-lookahead.
- Moltiplicatori combinatori.
- La struttura di una ALU.
- Progettazione digitale:
- Circuiti combinatori:
- Le porte logiche elementari.
- Componenti logici combinatori.
- Minimizzazione di funzioni mediante Mappe di Karnaugh.
- Algoritmo di Quine-McCluskey.
- Cenni di minimizzazione a piu` livelli.
- Mapping tecnologico.
- Circuiti sequenziali:
- Definizione.
- Elementi di memoria.
- Macchine a stati finiti.
- Modellazione di circuiti sequenziali mediante FSM.
- Minimizzazione degli stati di una FSM.
- Cenni all'assegnamento delle codifiche degli stati.
- Circuiti sequenziali con unità di elaborazione:
- Limiti del modello FSM.
- Il modello FSMD.
- La progettazione di una unità di elaborazione.
- Interazione unità di controllo/unità di
elaborazione.
- L'architettura del calcolatore:
- Principi di base:
- Il modello di Von Neumann.
- Il modello a macchine virtuali.
- La CPU.
- Le memorie.
- I BUS.
- I dispositivi di I/O.
- Le prestazioni.
- Il set di istruzioni:
- Modalita` di indirizzamento.
- Il linguaggio assemblatore.
- Operazioni di I/O.
- Procedure.
- Il set di istruzioni Intel 80xx86.
- L'unità di Elaborazione:
- Fetch/Decodifica/Esecuzione.
- Controllo cablato.
- Prestazioni, organizzazione a BUS multipli.
- Cenni sul controllo microprogrammato.
- La gerarchia di memoria:
- Principi generali.
- Classificazione delle Memorie.
- Le memorie cache.
- Analisi delle prestazioni.
- La memoria virtuale.
- Organizzazione dell'input/output:
- Interrupt.
- Accesso diretto alla memoria, l'arbitraggio.
- Interfacce standard di I/O.
- Le periferiche.
- Dal modello alla realtà:
- Classificazione dei sistemi di elaborazione.
- Gli approcci CISC e RISC.
- Pipelining.
- Intel 80X86.