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CORSO DI MICROELETTRONICA (Quinto anno corso di Laurea Vecchio Ordinamento) Prof Mauro Olivieri - PROGRAMMA

Introduzione :
Evoluzione e diffusione della microelettronica.
VLSI = architetture + circuiti.

Richiami e approfondimenti sui circuiti digitali CMOS :
Il punto di vista VLSI su porte statiche, porte dinamiche
Sintesi logica di porte complesse
Logiche a pass transistor
Logica Domino
Logica NORA
Flip-flop
Latch
Celle di memoria
Caratteristiche rilevanti dei ritardi e dei consumi;parametri tecnologici attuali
Flussi di progettazione VLSI digitale

Livelli di modellazione e simulazione: layout, circuito, logico, Register-Transfer-Level, behavioral, algoritmico :
Metodologie di progetto: full-custom, semi-custom, core-based, fpga e cpld
Strategie di clocking nel full-custom: due fasi, pseudo-due-fasi, true-single-phase
Strategie di clocking nelle altre metodologie: edge triggering
Problema dello skew

Cenni sulla progettazione di layout :
Concetti generali sugli elementi del layout
Celle elementari,
Blocchi complessi
Cenni alla distribuzione del clock (clock tree)
Cenni alla distribuzione delle alimentazioni
Criteri elementari sul floorplan e sul piazzamento dei pad

Progetto logico e Register-Transfer-Level :
Richiami sulle definizioni delle reti combinatorie in pipeline, delle reti sequenziali sincrone
Linguaggio VHDL: costrutti elementari ed esempi
Sintesi su standard cell
Sintesi su fpga
Metodologia di progetto a livello RTL: extended ASM diagrams e passaggio al VHDL

Progetto di sistemi di elaborazione digitale :

Architetture aperte e chiuse: dedicate, programmabili special purpose, general purpose
Modello control-path/data-path
Alternative per il control path: macchina a stati PLA, macchina a stati VHDL, macchina microprogrammata
Elaborazione in pipeline
Alternative per il data-path: schema Von Neumann, schema Harvard, unita' funzionali tipiche e atipiche

Esempio di progetto di un sistema integrato: metodologie alternative :
Un semplice filtro di estrazione contorni in tempo reale per schede grafiche specializzate
Descrizione algoritmica
Descrizione extended ASM: scelte sulla schedulazione delle operazioni
Estrazione del data-path
Passaggio al VHDL e sintesi RTL
Sintesi separata control path data-path e del data-path;
Soluzione per alte prestazioni: sintesi custom del control path come PLA dinamica, sintesi custom di blocchi critici del data-path con Logiche dinamiche
Soluzione per la flessibilita’: architettura programmabile
Definizione set di istruzioni prototipale e suo miglioramento; sintesi dell’architettura programmabile con i metodi illustrati

Sotto-sistemi VLSI di largo uso (cores) nel data-path e nel control-path :
Architetture di register file
Architetture di memorie statiche e dinamiche
Architetture di addizionatori: ripple, carrylookahed, carry select, Manchester
Architetture di sottrattori: complemento a 2
Architetture di contatori
Architetture di moltiplicatori: seriale-parallelo, array, carry save array, Booth recoding
Architetture di shifter e altre funzioni complesse o speciali

Microprocessori VLSI general purpose :
Architetture CISC, RISC, superscalari
schedulazione dinamica
schedulazione statica (VLIW)
esempi di strutture realizzative tipiche
architetture parallele e speciali: SIMD, MIMD
Riferimento ad esempi industriali: Pentium II, Alpha 21264, MIPS R10000

Valutazione e definizione delle prestazioni di un sistema di elaborazione digitale :
Definizioni
Legge di Amdhal
Legge della pipeline
Altri concetti speciali
Analisi quantitativa dei costi di sviluppo e fabbricazione per le diverse alternative progettuali

Microprocessori DSP, special purpose e sistemi VLSI dedicati :
DSP processor
microcontroller
media-processor
Architetture per elaborazione numerica
Architetture per telecomunicazioni.
Esempi industriali: Texas Instruments, Philips

Sotto-sistemi di I/O :
Bus, arbitraggio; standard: VME, PCI, USB
Interfacce: seriali, parallele, SCI, Ethernet

Argomenti specifici :
Macchine asincrone: micropipeline, macchine a stati, delay insensitivity
Low power design: modelli, metodi, tool
Testing: copertura, design for testability, built-in-self-test

 

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