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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA INFORMATICA
Insegnamento
ELETTRONICA DIGITALE (Ult. numero di matricola da 5 a 9)
INM0017605, A.A. 2018/19

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2016/17

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
INGEGNERIA INFORMATICA
IN0508, ordinamento 2011/12, A.A. 2018/19
Ult1002
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Curriculum Percorso Comune
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese DIGITAL ELECTRONICS
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ANDREA GEROSA ING-INF/01

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
INM0017605 ELETTRONICA DIGITALE (Ult. numero di matricola da 5 a 9) ANDREA GEROSA IN0513

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria elettronica ING-INF/01 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso III Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 25/02/2019
Fine attività didattiche 14/06/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2011

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
17 A.A. 2018/2019 01/10/2018 15/03/2020 GEROSA ANDREA (Presidente)
CESTER ANDREA (Membro Effettivo)
BEVILACQUA ANDREA (Supplente)
NEVIANI ANDREA (Supplente)
VOGRIG DANIELE (Supplente)
16 A.A. 2018/2019 01/10/2018 15/03/2020 CESTER ANDREA (Presidente)
GEROSA ANDREA (Membro Effettivo)
BEVILACQUA ANDREA (Supplente)
MENEGHESSO GAUDENZIO (Supplente)
MENEGHINI MATTEO (Supplente)
VOGRIG DANIELE (Supplente)
15 A.A. 2017/2018 01/10/2017 15/03/2019 CESTER ANDREA (Presidente)
GEROSA ANDREA (Membro Effettivo)
MENEGHESSO GAUDENZIO (Supplente)
MENEGHINI MATTEO (Supplente)
VOGRIG DANIELE (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Conoscenza del funzionamento di base del transistor MOS. Capacità di analizzare reti elettriche con elementi non lineari. Conoscenza del comportamento dinamico di una rete RC del primo ordine. Conoscenza dell’architettura basilare di un calcolatore. Conoscenza dell’algebra di Boole e delle sue regole fondamentali.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Obiettivo del corso è di fornire allo studente le conoscenze fondamentali dell'elettronica digitale. Lo studente acquisirà le competenze principali relative ai circuiti digitali realizzati nelle tecnologie MOS Complementare (CMOS). In particolare, saranno fornite le conoscenze di base del processo di fabbricazione, con le implicazioni a livello dei dispositivi elementari e delle interconnessioni, per consentire allo studente di saper analizzare compiutamente il comportamento statico e dinamico delle porte logiche, con particolare attenzione ai tempi di ritardo e al consumo energetico. Lo studente conoscerà anche i blocchi logici combinatori e sequenziali più complessi che stanno alla base dei moderni sistemi digitali, tra cui le memorie, i registri, i contatori, i comparatori, i blocchi logico-aritmetici delle ALU, e così via. Lo studente sarà quindi in grado di valutare diverse strategie di implementazione di sistemi digitali, di suggerire le scelte progettuali più opportune in base alle prestazioni richieste al sistema e ai volumi di produzione. Avrà inoltre acquisito le conoscenze necessarie per saper valutare l’impatto dal punto di vista della realizzazione fisica di un qualsiasi sistema tipico dell’ingegneria dell’informazione.
Modalita' di esame: L’esame prevede una prova scritta da sostenere in uno dei quattro appelli o mediante due prove di accertamento intermedie. Tale prova prevede una serie di domande a risposta multipla per verificare il livello di conoscenza acquisito dallo studente rispetto ai vari contenuti dell’insegnamento. Inoltre la prova scritta prevede alcuni esercizi per verificare la capacità dello studente di analizzare le prestazioni statiche e dinamiche dei circuiti studiati e, più in generale, di stimate le prestazioni di sistemi digitali, anche complessi.
L’esame si completa con una prova orale, facoltativa, ma comunque necessaria per ottenere la votazione massima. Durante questa prova lo studente dimostra il grado di familiarità acquisito rispetto ai contenuti dell’insegnamento e la sua capacità di valutare in modo critico vantaggi e limiti delle soluzioni circuitali studiati e di individuare le soluzioni progettuali più idonee in relazione al sistema che si deve implementare.
Criteri di valutazione: Le prove di esame saranno valutate tenendo conto: della precisione con cui lo studente è in grado di descrivere gli argomenti trattati nell’insegnamento; della capacità di analizzare circuiti digitali e stimarne le principali prestazioni statiche e dinamiche; della correttezza metodologica e della logica con cui lo studente affronta i problemi proposti; del livello di familiarità che lo studente dimostra di aver acquisito rispetto ai concetti fondamentali dei circuiti digitali.
Contenuti: Il processo di fabbricazione CMOS.
I dispositivi elettronici fondamentali: equazioni delle correnti nei transistor MOS, capacità parassite e resistenza equivalete.
L'invertitore CMOS: caratteristica di trasferimento statica, tensione di soglia logica, margini al rumore, proprietà rigenerativa; tempi di propagazione e consumo di potenza dinamica; dipendenza delle prestazioni statiche e dinamiche dalle geometrie dei transistor. Buffer CMOS: Oscillatore ad anello.
Porte logiche combinatorie CMOS. Implementazione in logica complementare statica: regole per la sintesi di funzioni logiche generiche; proprietà statiche e dinamiche e dipendenza dal dimensionamento dei transistor; strategie per l’ottimizzazione dei tempi di propagazione. Implementazione in logica a pass-transistor: regole per la sintesi di funzioni logiche generiche; problema della degradazione dei livelli di tensione e gate di trasmissione. Ottimizzazione del tempo di propagazione attraverso lunghe catene di pass-transistor. Porte logiche tristate e open-drain. Alee e circuiti per la generazione di impulsi.
Circuiti per la memorizzazione di un bit: latch e registri. Tempi caratteristici e architetture pipeline. Implementazione circuitale statica e dinamica. Immunità alla sovrapposzione di clock.
Memorie ROM, SRAM, DRAM e non volatili. Indirizzamento e decoder di riga e colonna. Realizzazione circuitale della singola cella di memoria. Tempi di accesso alla memoria.
Blocchi aritmetici fondamentali di una ALU. Cella full adder e sommatore a più bit con architettura ripple-carry; tempo di ritardo nel calcolo della somma e del riporto. Dipedenza del ritardo dal numero di bit e architetture per ottimizzare i tempi nel caso di numero di bit elevato: carry-bypass, carry select (lineare e square-root), logaritimico. Cenni a traslatori, comparatori e moltiplicatori.
Circuiti Logici Programmabili e possibili approcci alla realizzazione di ASIC (celle standard e gate array).
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Le attività si basano su lezioni frontali in aula. Una parte di queste (circa 60%) è dedicata alla spiegazione dei vari contenuti dell’insegnamento, ultilizzando come strumento didattico delle slide proiettate, di cui gli studenti hanno ricevuto preventivamente copia in formato elettronico. L’altra parte (circa 40%) delle lezioni è dedicata alla risoluzione e discussione di esercizi numerici, svolti alla lavagna dal docente, che comunque gli studenti possono trovare anche nella dispensa di esercizi.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Gli studenti hanno a disposizione, attraverso il sito moodle dell’insegnamento, tutte le slide usate dal docente. Inoltre vi è una dispensa di esercizi risolti che propone numerosi esercizi sulla flasariga di quelli che sono stati proposti in passato nelle prove di esame. Infine gli studenti possono consultare un testo di riferimento per completare il proprio materiale di studio.
Testi di riferimento:
  • Rabaey, Jan M.; Chandrakasan, Anantha; Gerosa, Andrea; Cester, Andrea, Circuiti integrati digitalil'ottica del progettistaJan M. Rabaey, Anantha Chandrakasan, Borivoje Nicolicedizione italiana a cura di Andrea Cester, Andrea Gerosa. Milano: Pearson education Italia, 2005. Cerca nel catalogo
  • Gerosa, Andrea, Circuiti digitali in tecnologia CMOS esercizi risolti - edizione riveduta e corretta. Padova: Libreria Progetto, 2018. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Flipped classroom
  • Quiz o test a correzione automatica per feedback periodico o per esami
  • Active quiz per verifiche concettuali e discussioni in classe
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • Kaltura (ripresa del desktop, caricamento di files su MyMedia Unipd)
  • Letsfeedback

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili