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Rappresentazione delle variabili binarie
- Nei circuiti elettronici, i valori binari 0 e 1 sono rappresentati da livelli di tensione.
- La soglia separa gli 0 dagli 1. Ad esempio, in un sistema a 5V:
- Tensioni sotto 1,5V = 0.
- Tensioni sopra 3,5V = 1.
- Per evitare errori, esiste una “banda vietata” vicino alla soglia dove i valori non sono validi.
- La banda vietata riduce le incertezze causate da rumore e disturbi.
Cos’è un transistor?
- Un transistor è un semiconduttore usato per amplificare o commutare segnali elettronici.
- Materiali come il silicio sono drogati per creare zone positive e negative.
- Funziona come un interruttore che può essere in conduzione o in interdizione.
- Esistono due tipi principali di transistor:
- BJT (bipolare): La corrente è controllata da una corrente di base.
- FET (a effetto di campo): La corrente è controllata dalla tensione applicata al gate.
Tecnologia MOS (Metallo-Ossido-Semiconduttore)
- I transistor MOS sono i più comuni nei circuiti integrati.
- Valori tipici di tensione:
- ,
- ,
- Sopra la soglia = 1, sotto la soglia = 0.
- La tecnologia MOS consente di ridurre dimensioni e consumi, rendendo possibile l’integrazione di miliardi di transistor.
Tipi di transistor MOS
- NMOS:
- Conduzione con tensione alta in ingresso.
- Sorgente collegata a massa.
- PMOS:
- Conduzione con tensione bassa in ingresso.
- Sorgente collegata all’alimentazione.
Realizzazione di porte logiche con transistor
- NOT:
- Un singolo NMOS inverte il segnale.
- Es.: ingresso = 1 → uscita = 0.
- NOR:
- Due NMOS in parallelo.
- Es.: uscita = 1 solo se entrambi gli ingressi = 0.
- NAND:
- Due NMOS in serie.
- Es.: uscita = 0 solo se entrambi gli ingressi = 1.
Tecnologia CMOS
- Combina NMOS e PMOS per migliorare efficienza e ridurre i consumi.
- Consumo di potenza solo durante la commutazione.
- Permette l’integrazione di miliardi di transistor su un chip.
- Offre alte frequenze di commutazione (nell’ordine dei GHz).
- Esempi:
- NOT CMOS:
- Un NMOS e un PMOS in serie.
- Un NMOS e un PMOS in serie.
- NAND CMOS:
- Due NMOS in serie e due PMOS in parallelo.
- Due NMOS in serie e due PMOS in parallelo.
- NOR CMOS:
- Due NMOS in parallelo e due PMOS in serie.
- Due NMOS in parallelo e due PMOS in serie.
- NOT CMOS:
Concetti avanzati nei circuiti logici
- Ritardi nei circuiti:
- Tempo di transizione: Cambio di stato del segnale.
- Ritardo di propagazione: Tempo necessario per aggiornare l’uscita.
- Percorso critico: Determina la frequenza massima di lavoro.
- Fan-in e Fan-out:
- Fan-in: Numero massimo di ingressi per una porta logica.
- Fan-out: Numero massimo di uscite che una porta può pilotare.
- Collegare più uscite a uno stesso ingresso può causare cortocircuiti o interferenze.
Circuiti integrati
- I circuiti integrati sono dispositivi in silicio che combinano componenti elettronici.
- Tipi di circuiti integrati:
- SSI: Poche porte logiche.
- MSI: Moduli funzionali (es. addizionatori).
- LSI: Piccoli processori come la ALU.
- VLSI: Processori potenti e memorie avanzate.
- Circuiti integrati possono essere:
- Analogici: Elaborano segnali continui.
- Digitali: Elaborano segnali discreti.
- Mixed: Combinano analogico e digitale.
Porta tri-state
Questo tipo di porta può assumere 3 stati:
- Acceso
- Spento
- Alta impendenza Quando la porta si trova in alta impedenza è come se fosse disconnessa, questa porta viene usata molto nei bus per permettere a più componenti di usare lo stesso bus ma senza influenzarsi tra di loro. Spiegazione correlata al bus
Decoder e Multiplexer
- Decoder: Converte un codice binario con ingressi in uscite. In pratica prende in input un segnale e lo decodifica in segnali di uscita leggibili anche da altre componenti.
- Multiplexer: è un circuito digitale che seleziona uno tra i diversi ingressi e lo invia in uscita, basandosi sui segnali di controllo che gli arrivano, ciò permette a più fonti di condividere la stessa linea di connessione.
