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CORSO DI ELETTRONICA DIGITALE (Laurea di I Livello ) - TESTI CONSIGLIATI

LIBRO DI TESTO :
M. Olivieri, Elementi di Progettazione dei Sistemi VLSI Digitali - Volume 1: Introduzione all'Elettronica Digitale, Ed. EDISES
M. Olivieri, L. Giancane, Elementi di Progettazione dei Sistemi VLSI Digitali - Volume 3: Esercizi risolti, Ed. EDISES

TESTI DI APPROFONDIMENTO :

Una trattazione molto approfondita e vasta degli aspetti realizzativi dei sistemi digitali si trova nel testo
W. J. Dally, J. W. Poulton, Digital Systems Engineering, Cambridge Univerisity Press, 1998.
Si tratta di un testo sicuramente avanzato rispetto al livello di approfondimento del Volume 1 del testo Olivieri, ed e' quindi da considerarsi come consultazione occasionale su argomenti specifici. Per una trattazione approfondita dei concetti legati al Design Flow si veda il Volume 2 del testo Olivieri, e successivamente la bibliografia in esso riportata su questo tema.
I testi che espongono i principi base della sintesi logica sono innumerevoli. A grandi linee si possono classificare in testi di taglio teorico-informatico, testi di taglio circuitale, testi di taglio pratico-strumentale.
Fra i testi italiani, una esposizione classica di impronta circuitale e' in
P. Marietti , Sistemi Elettronici Digitali, Edizioni C.E.A., 1997;
mentre una semplice trattazione classica, mista fra il taglio informatico e il circuitale, e' svolta in
A. De Gloria, Elettronica Applicata, Edizioni FrancoAngeli, 1999.
Fra i testi di lingua inglese, una trattazione teorica rigorosa e approfondita di classico taglio informatico e' svolta in
N. Balabanian, B. Carlson, Digital Logic Design Principles, Wiley, 2001.
Un testo relativamente diffuso per uso didattico e'
J. Daniels, Digital design from zero to one, Wiley, 1996.
Si tratta di un testo di impostazione teorico-informatica didatticamente completo per la parte di sintesi combinatoria, sintesi sequenziale sincrona e per una buona trattazione introduttiva sulle unita' aritmetiche. Meno importante, perché non di ampio respiro, la parte finale sulla progettazione di sistemi più complessi.
Un testo accattivante dal punto di vista della presentazione e'
Roger L. Tokheim, Digital Electronics: Principles and Applications, McGraw-Hill, Sett. 2003.
Ne esistono almeno 6 edizioni pubblicate nel corso degli ultimi anni. La veste tipografica di tipo quasi liceale non deve far pensare ad un testo superficiale. Tuttavia e' da considerarsi un libro introduttivo di taglio fortemente pratico-strumentale e non e' adatto a chi e' interessato ad aspetti teorici o avanzati.
Di tutt'altro tipo, uno dei testi piu' completi sulla sintesi logica combinatoria, sequenziale, sincrona e asincrona, e' probabilmente
R. Tinder, Engineering Digital Design, Academic Publishers, 2000.
E' di taglio decisamente teorico-informatico anche se riporta un capitolo sulla realizzazione circuitale delle porte. Esso copre anche argomenti di frontiera rilevanti per la ricerca. E' da tener presente come testo di approfondimento e non di introduzione didattica.
Il migliore testo didattico, di taglio informatico ma applicativo, sulla sintesi di macchine sequenziali a stati finiti e' a mio parere l'ormai introvabile
C. R. Clare, Designing Logic Systems using State Machines, MacGraw-Hill, 1973.
Vi si trova l'uso dei diagrammi ASM, della sintesi con K-map e tavole di eccitazione dei flip-flop. Tutti i docenti italiani e stranieri che io conosco hanno studiato sulle fotocopie del Clare, e probabilmente le hanno ancora.
L'articolo originale che descrive il metodo di Karnaugh e'
M. Karnaugh, "The Map Method for Synthesis of Combinational Logic Circuits", Trans. AIEE, pt I, 72(9):593-599, Nov. 1953.
Il lavoro originale che descrive l'algoritmo di Quine-McCluskey e'
McCluskey, E.J., "Minimization of Boolean Functions," Bell Labs Tech. Journal (BSTJ), Vol. 35, No. 6, pp. 1417-1444, Nov. 1956.
Il metodo si trova esposto esaurientemente in numerosi libri di testo e siti internet, fra questi il succitato Balabanian-Carlson. E' adatto come punto di partenza per chi si interessi di algoritmi di automatizzazione della sintesi logica.
Fra i testi di rilevanza storica:
il libro di Boole piu' completo e' del 1854, e si intitola
An investigation into the Laws of Thought, on Which are founded the Mathematical Theories of Logic and Probabilities.
Tuttavia si puo' reperire su internet il seguente articolo originale
G. Boole, "The Calculus of Logic", Cambridge and Dublin Mathematical Journal, Vol.III (1848), pp. 183-98,
L'articolo originale che illustra i postulati dell'algebra booleana e'
E. Huntington, "Sets of independent postulates for the algebra of logic" Trans. Of American Math. Soc. 5, pp. 288-309, 1904.
Un successivo lavoro di Huntington dimostra che un'algebra booleana puo' essere basata su due soli postulati:
E. V. Huntington. "New sets of independent postulates for the algebra of logic", Trans. Of American Math. Soc., 35:274--304, 1933. 33, si tenga presente che esso e' adatto come punto di partenza per lo studio dello sviluppo teorico della logica e non come articolo didattico sulla progettazione digitale.
Gli articoli in cui sono dimostrati i teoremi di Shannon e i conseguenti metodi di sintesi sono
C.W. Shannon, ``A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits,'' Trans. Of American Inst. of Electrical Engineers, Vol. 57, 1938, pp. 713-723.
C.W. Shannon, ``The Synthesis of Two-Terminal Switching Circuits,'' Bell System Technical Journal, Vol. 28 (Jan., 1949, pp. 59-98.
Segnalo infine che esistono delle raccolte di articoli di Shannon pubblicate in volume, che spaziano in moltissimi campi dell'ingegneria elettronica e informatica.
Una comprensione approfondita del panorama dei componenti combinatori e sequenziali standard si può avere consultando la documentazione di componenti commerciali. A livello di funzionamento logico ed elettrico, e per gli scopi del Volume 1 delle "Note", c'e' poca differenza fra la documentazione di celle standard per circuiti integrati o piuttosto di componenti discreti: anche se questi ultimi tendono a essere soppiantati dalle FPGA, le funzioni logiche standard da essi svolte si ritrovano nelle librerie di celle virtuali integrabili in una FPGA, con le stesse sofisticazioni.
Riferimenti utili posso quindi essere i seguenti:
F. Zappa, Elettronica Digitale, Ed. Esculapio, Bologna, 2001,
Nonostante sia un normale libro di testo presenta una gran quantita' di stralci di documentazione tecnica di componenti commerciali.
Inevitabilmente dal punto di vista tecnologico fa riferimento ad un mondo un po' sorpassato, nonostante sia un testo di pubblicazione recente.
Per avere un'idea della documentazione tecnica di componenti standard industriali, due possibili riferimenti sono i seguenti:
http://www.ti.com, selezionando la categoria di prodotti denominata "Logic".
http://www.st.com, selezionando la categoria di prodotti denominata "Standard IC" e successivamente "Standard Logic" e anche "Memories".
Il livello circuitale dell'elettronica digitale di base e' descritto in una grande quantità di testi, quasi tutti equivalenti. A mia conoscenza la totalità dei testi il cui approccio si addica al livello introduttivo del Volume 1 delle "Note", utilizzano modelli classici dei transistori MOSFET e come tali sono adatti ad una comprensione esatta dei meccanismi ma non ad uso quantitativo riferito alle tecnologie CMOS presenti e future. I testi che affrontano modelli con effetti di canale corto, invece, tendono ad essere fortemente specialistici e adatti ad un corso avanzato se non addirittura come punto di partenza per la ricerca.
Fra i testi italiani citiamo quindi
P. Spirito Elettronica digitale, 2^ ed., McGraw Hill Italia, Sett. 2002,
e il classico
S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, ed. italiana a cura di A. Ferrari, Edizioni Ingegneria 2000, Roma. 1996.
Il testo è disponibile anche in lingua inglese in varie edizioni.
Di tipo particolare e' il testo gia' citato
F. Zappa, Elettronica Digitale, Ed. Esculapio, Bologna, 2001.
in quanto presenta un approccio fortemente impostato sull'analisi di circuiti e componenti commerciali.
Trattano il livello circuitale, inoltre, i già citati
P. Marietti , Sistemi Elettronici Digitali, Edizioni C.E.A., Roma, 1997;
A. De Gloria, Elettronica Applicata, Edizioni FrancoAngeli, 1999.
L'approfondimento delle tecniche di progetto circuitale CMOS viene ampiamente trattato nel Volume 2 delle "Note" e nei relativi riferimenti bibliografici.
Una trattazione del progetto hardware di sistemi a microprocessore con particolare attenzione sull'indirizzamento della memoria e delle unità di I/O si trova su un vecchio testo:
G.Baccolini, C. Offelli, Microelaboratori: Note di Hardware, Ed. CLUP Milano, 1983.
Per quanto esso sia ovviamente datato e faccia talora riferimento ad un processore ormai superato, lo Z80, esso e' a mia conoscenza l'unico testo che illustra nei minimi dettagli molte varianti pratiche di interfacciamento di memoria e I/O nei sistemi a microprocessore.
Il progetto a livello architetturale di sistemi digitali, specialmente cablati in hardware ma non solo, e' approfondito nel Volume 2 delle "Note". Nel caso di sistemi molto complessi, si tratta di una materia in cui e' ancora attiva la ricerca scientifica.
I testi che affrontano il progetto hardware e software di sistemi embedded sono ormai un certo numero e tutti affrontano il problema della complessità progettuale, che non e' l'argomento principe del Volume 1 delle "Note", piuttosto orientato a far capire i principi di funzionamento e le basi della progettazione.
Testi di approfondimento su questo tema vengono indicati nella bibliografia relativa al Volume 2. Fra i testi utili per un'introduzione generale al problema possiamo citare il primo capitolo di:
F. Vahid, T. Givargis, Embedded System Design: a unified hardware/software introduction, Wiley, 2002.
Infine, chi dovesse cimentarsi con la progettazione di sistemi a microprocessore, non puo' esimersi dall'esaminare la documentazione tecnica di microprocessori per sistemi embedded.
Di questi citiamo quattro casi non perche' siano gli unici rilevanti ma perche' presentano una sufficiente varieta' di meccanismo di funzionamento:
Motorola PowerPC e Motorola MCORE: (selezionare "Products" e successivamente "32-Bit Embedded Processors");
PIC 16C57
PIC 16F84 (versione piu' avanzata)
ARM7

Per una introduzione generale sul funzionamento di un calcolatore elettronico, si possono consultare il sempre valido
A.S. Tanenbaum, Structured Computer Organization, 4th ed., Prentice Hall, 1998,
Testo di taglio decisamente informatico ma utile a capire alcuni concetti chiave che nel Volume 1 delle "Note" sono stati dati quasi per scontati.
Altro testo utile per gli stessi scopi e'
J.L. Hennessy , D. A Patterson, Computer Organization and Design: The Hardware/software Interface, Morgan Kauffmann, Sett. 2004,
Testo di impostazione più moderna. Ne esiste anche un'edizione precedente (1997) appositamente denominata "per studenti".
L'articolo originale di Von Neumann sulle architetture dei primi calcolatori e' del 1945 e si intitola
"First Draft of a Report on the EDVAC, Contract No. W-670-ORD-492, Univ. of Penn., Philadelphia".
Nonostante il titolo, Von Neumann non scrisse mai una continuazione o una revisione del "First draft".
L'articolo si puo' trovare riprodotto in parte su vari testi, fra cui citiamo
Randell, Brian. Origins of Digital Computers: Selected Papers, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1982. Pagine 383-392;
La versione integrale si trova in
John von Neumann, "First Draft of a Report on the EDVAC", Annals of the History of Computing, 15(4):27-75, Ottobre 1993.
Si tratta in questo caso di letture di approfondimento culturale, non di tipo applicativo/progettuale

 

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