Obiettivi formativi
1) Conoscenza e comprensione
al termine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze di base delle architetture dei sistemi integrati di elaborazione, ne avrà compreso pregi e difetti in termini di area occupata, consumo di potenza e velocità di risposta. Inoltre, possederà gli strumenti per l'analisi e la progettazione di circuiti e sistemi elettronici a elevata affidabilità.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente avrà acquisito consapevolezza dei problemi che si troverà ad affrontare nella progettazione di sistemi digitali ed avrà assimilato alcune possibile soluzioni. Inoltre, saprà valutare quantitativamente l'affidabilità di un sistema elettronico e avrà le conoscenze per poter progettare autonomamente sistemi ad elevata affidabilità.Attraverso semplici esperienze di laboratorio lo studente avrà modo di implementare alcune delle architetture presentate a lezione su FPGA verificando pregi e difetti, acquisendo maggiore consapevolezza di quanto studiato, acquisendo nel contempo capacità progettuali
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
• Architettura della unità logico-aritmetica- Sottosistemi di elaborazione: reti aritmetiche.- Sommatori interi; problemi legati alla propagazione del segnale di riporto, ottimizzazione dell'architettura di un sommatore- Moltiplicatori seriali e paralleli; circuiti basati sulla transcodifica di Booth; divisori.- Aritmetica in virgola mobile (standard IEEE-754) e organizzazione deirelativi sottosistemi di elaborazione.• Il test dei sistemi elettronici- Introduzione al concetto di testing- Affidabilità e test• Affidabilità concetti di base- definizioni e grandezze matematiche- metodi per la previsione e la verifica dell'affidabilità- l'affidabilità dei sistemi elettronici- l'affidabilità dei componenti elettronici- il miglioramento della affidabilità- le prove di affidabilità- le prove accelerate di affidabilità- cenni sulla fisica dei meccanismi di guasto e sull'analisi di guasto dei componentielettronici• Controllo statistico della qualità:- teoria e metodi del controllo statistico di un processo produttivo- controllo campionario- le carte di controlloEsercitazioni in laboratorio di implementazione di alcune delle architetture viste su FPGA
Programma esteso
Introduzione al corso (2h)
Architettura dei sommatori (14h)
• Somma a singolo bit: Half Adder, Full Adder
• Carry-Ripple Adder
• Carry-Propagate Adder
• Carry-Lookahead Adder
• Manchester Carry Chain
• Carry Skip Adder
• Binary Tree CLA
• Serial binary adder
• sottrazione
Architettura dei Moltiplicatori (12h)
• Moltiplicatore a matrice
• Moltiplicatore Carry save
• Compressori, Albero di Wallace
• Moltiplicazione con numeri negativi: problemi
• Trascodofica di Booth
• Moltiplicatore seriale
Esempio di ALU (2h)
Divisione: algoritmi e considerazioni sulle possibili architetture (2h)
Operazioni in virgola Mobile (14h)
• Standard IEEE
• Somma
• Moltiplicazione
• Divisione, metodo di Newton
Introduzione alla Qualità e alla Affidabilità (26h)
• Introduzione e normativa di riferimento
• Il miglioramento della qualità
• Definizione di affidabilità
• Le caratteristiche di affidabilità e le principali distribuzioni
• I diagrammi a blocchi affidabilistici (sistema serie e sistemi ridondanti)
• I manuali di previsione della affidabilità (limiti)
• Strumenti per l’analisi di guasto (FTA, FMEA, FMECA)
• Le prove di affidabilità (considerazioni generali e carte di probabilità)
• Le prove accelerate
• Le leggi di accelerazione
• Strumenti e tecniche per le analisi di guasto
• Teoria e metodi del controllo statistico di processo
Bibliografia
Architettura dei sistemi digitali
Jan M. Rabaey, 'Circuiti Integrati Digitali - l'ottica del progettista' Prentice Hall
Affidabilità: concetti base e affidabilità dei sistemi
P. D. T. O'Connor, Practical Reliability Engineering, John Wiley & Sons
P.A. Tobias, D. Trindade, Applied Reliability, Van Nostrand Reinholds
Controllo statistico dei processi
D.C. Montgomery, Controllo statistico della qualita', McGraw-Hill
Metodi didattici
lezioni frontali
Modalità verifica apprendimento
E’ prevista la sola prova orale, non sono previste prove in itinere.
Durante il colloquio orale allo studente verrà chiesto di dimostrare di aver assimilato i principi base delle architetture dei sistemi integrati di elaborazione, di averne compreso pregi e difetti con particolare riferimento all'occupazione d'area, il consumo di potenza e la velocità di risposta. Inoltre, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito i concetti fondamentali per la progettazione di sistemi ad elevata affidabilità e per la verifica degli obiettivi di affidabilità.
Altre informazioni
Appunti del docente sono reperibili su https://elly2022.dia.unipr.it
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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