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Note per Studenti Esercizio 18 · quiz su livelli di astrazione, segnali digitali e unità di misura (temi d'esame 2022-2026)

Esercizio 18quiz su livelli di astrazione, segnali digitali e unità di misura (temi d'esame 2022-2026)

Esame
In questa pagina 4

Testo (domande a risposta multipla dei temi d'esame giugno 2022, luglio 2022, settembre 2022, febbraio 2023, settembre 2025 e giugno 2026). Nelle prove scritte una ventina di quiz a risposta multipla precede gli esercizi (risposta esatta +1+1, errata −0,3-0{,}3, non data 00). Qui le domande sull'introduzione ai sistemi digitali, con la risposta e il motivo. Le risposte sono ricavate dalla teoria del corso.

Teoria usata: Sistemi digitali, segnali binari e livelli di astrazioneUn sistema digitale elabora grandezze discrete; quello binario le codifica con due soli livelli (0 e 1), associati a due intervalli di tensione con ingresso più largo dell'uscita (margine di rumore, proprietà rigenerativa). Precisione = numero di bit, non ampiezza della tensione. Il calcolatore ha memoria, CPU (unità di controllo + datapath) e I/O. La progettazione procede per livelli di astrazione, dal transistor all'algoritmo; il corso copre i livelli intermedi (porte, trasferimento tra registri, microarchitettura), con descrizioni in VHDL.Sistemi digitali, segnali binari e livelli di astrazione →.

Precisione e livelli di astrazione

tema domanda risposta motivo
giu 2022 (1), giu 2026 (1) La precisione di un sistema digitale si può migliorare/è determinata: aumentando il numero di bit per rappresentare le informazioni elaborate con più bit i passi di quantizzazione sono più piccoli (2n2^n valori); non dipende dall'ampiezza della tensione del bit (che regola il rumore) né dal clock (che regola la velocità)
giu 2022 (2) In un approccio top-down: si parte dalle specifiche di alto livello e si scompone il sistema in blocchi sempre più piccoli top-down = dall'alto (specifiche) al basso (blocchi realizzabili); l'opposto è il bottom-up
lug 2022 (1) Livello di astrazione più elevato tra porte logiche, microarchitettura, RTL: microarchitettura ordine dal basso: transistor, porte logiche, trasferimento tra registri (RTL), microarchitettura, ISA, sistema operativo, linguaggio, algoritmo
giu 2026 (2) Livello di astrazione meno elevato tra transistor, porte, ISA: livello del transistor è il più vicino alla fisica
set 2025 (4) Ordine dal livello più basso al più alto: transistor / porte logiche / trasferimento tra registri / microarchitetture / sistemi operativi / algoritmi gli algoritmi sono il livello più astratto, i sistemi operativi stanno sotto

Tensioni, rumore e quantità di dati

tema domanda risposta motivo
set 2022 (1) In un sistema digitale ben progettato l'intervallo di tensione ammesso in ingresso: maggiore di quello ammesso in uscita l'uscita è "pulita" (intervallo stretto), l'ingresso accetta anche segnali disturbati: margini di rumore
feb 2023 (1) L'intervallo ammesso in uscita: minore di quello ammesso in ingresso stessa regola, vista dall'altro lato
set 2025 (2) Relazione tra gli intervalli di ingresso e di uscita: l'intervallo all'ingresso è più ampio di quello in uscita le porte rigenerano il segnale: proprietà rigenerativa
feb 2023 (2) Un sistema a 10 cifre rispetto a uno a 2 cifre: meno tollerante al rumore a parità di intervallo di tensione, 10 livelli sono più vicini tra loro, quindi il rumore li scambia più facilmente
set 2025 (1) 1 terabyte corrisponde a: 101210^{12} byte kilo 10310^3, mega 10610^6, giga 10910^9, tera 101210^{12}, peta 101510^{15}

Esempio numerico che sta dietro alle due domande sulle tensioni. Con ingresso alto accettato in 0,60{,}6–1 V1\,\mathrm V e uscita alta prodotta in 0,90{,}9–1,1 V1{,}1\,\mathrm V, il margine di rumore è 0,9−0,6=0,30{,}9-0{,}6=0{,}3 V.

Domande di cultura che compaiono tra gli esempi del corso

  • Il primo transistor funzionante è del 1948 (Bell Laboratories), il primo circuito integrato del 1958 (Texas Instruments, germanio, Jack Kilby), il primo microprocessore commerciale del 1971 (Intel 4004).
  • CPU e GPU: la CPU coordina operazioni complesse con una singola unità di controllo; la GPU esegue operazioni semplici su grandi quantità di dati con l'unità di controllo frazionata in più blocchi.
  • Nelle applicazioni (un'automobile contiene decine o centinaia di microcontrollori) i sistemi digitali sono quasi sempre embedded.

Errori comuni

  • Dire che la precisione dipende dall'ampiezza della tensione o dal clock.
  • Scambiare ingresso e uscita nella relazione tra gli intervalli di tensione.
  • Confondere kilo/mega/giga decimali (10310^3...) con le potenze di 2 (2102^{10}...).
  • Confondere top-down e bottom-up.

Versione ripasso

Teoria collegata