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Macchina di Mealy e Moore

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Macchina di Mealy e Moore

Messaggioda Foto Utentemarc96 » 18 apr 2015, 18:06

In qualità di docente di elettronica in un ITI mi pongo il problema della priorità da assegnare ai molteplici argomenti in vista anche dell'effettivo utilizzo in ambito lavorativo.
Vorrei chiedere a chi lavora in questo settore se continua ad essere utile la conoscenza delle reti sequenziali come macchine di Mealy e Moore e tutta la conseguente serie di metodi di implementazione, tabelle ... che impegna per svariate ore.

In pratica vorrei terminare l'argomento logica sequenziale con registri e contatori e affidare la realizzazione delle reti sequenziali ai microcontrollori.
Sbaglio?
In abito FPGA, argomento che sconosco completamente, è indispensabile la conoscenza di questo argomento?
Grazie.
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[2] Re: Macchina di Mealy e Moore

Messaggioda Foto UtentePietroBaima » 18 apr 2015, 18:41

Io lavoro in una ditta piuttosto grande che fa ampio uso di logica digitale.
Premetto che non progetto logica digitale (mi occupo invece di modellistica matematica) ma posso dire di conoscere abbastanza ciò che serve agli elettronici digitali per progettare in campo professionale.
Non sono un ingegnere ma un fisico, però sono in grado di progettare logica su FPGA e non.
Questo per dirti che lavoro nel settore, come da tue richieste, e arrogarmi il diritto di parlare con cognizione di causa :D

Ciò che serve sapere in una azienda dove si fa progettazione elettronica oggi sono le basi per il progetto di reti combinatorie e sequenziali e soprattutto il progetto di FSM, ordinarie e complesse.
Questo perché all'interno di una FPGA spesso si ricorre alla progettazione di FSM e conoscere il loro funzionamento è pressochè indispensabile.
Ci si può limitare al progetto delle FSM con FF di tipo D, essendo questi gli unici FF disponibili in una FPGA (si possono ovviamente emulare con FF D altri FF, ma quando si progetta una FSM non ha senso).
Serve saper progettare solo macchine sincrone e di Moore.

Oggi non si progetta più mettendo integrati insieme fra loro. Una FPGA può contenere tutto ad un costo ridicolo, se non si chiedono frequenze di GHz.
Capisco che più si ha conoscenza meglio è, ma, avendo una quantità limitata di tempo, oggi sapere cos'è un 74HC93, un 74HCT4520, una decodifica per display (vecchio 9368, quanti ricordi :D) un MUX, un DEMUX e compagnia non è più così utile.
Serve invece sapere che è possibile implementare un contatore con 3 o 4 righe di VHDL per fare una FSM complessa, oppure avere l'idea che è possibile multiplexare diversi canali digitali o analogici (tutto sempre scritto in VHDL) oppure saper fare decodifiche per display con tabelle, oppure in multiplexing, oppure in Charlieplexing.
Sopravvivono ancora le porte NOT e poca altra logica di base, perché utilizzata come GLUE LOGIC tra sistemi diversi.

Per quanto riguarda il mondo dei microcontrollori, si stanno imponendo le architetture ARM, che sarebbe opportuno conoscere. Gli altri microcontrollori si usano sempre meno (per non dire proprio non più) in progetti professionali.
Con un ARM e una FPGA si può fare praticamente qualsiasi logica a qualsiasi velocità.

Spero di avere risposto.

Ciao,
Pietro.
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Io capisco le cose per come le scrivete. Per esempio: K sono kelvin e non chilo, h.z è la costante di Planck per zepto o per la zeta di Riemann e l'inverso di una frequenza non si misura in siemens.
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[3] Re: Macchina di Mealy e Moore

Messaggioda Foto Utentemarc96 » 18 apr 2015, 20:02

Chiarissimo.
Allora procedo nel mese di maggio con macchine sincrone di Moore.
Grazie.
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[4] Re: Macchina di Mealy e Moore

Messaggioda Foto Utenteboiler » 19 apr 2015, 14:05

Mi permetto di dire anch'io la mia, perché sono all'altro capo dello sviluppo rispetto a Foto UtentePietroBaima. Dopo lo studio ho lavorato per due anni in un istituto del politecnico sviluppando un sistema di controllo su FPGA per il sistema magnetico di un free-electron-laser. Poi ho lavorato per tre anni e rotti come ASIC-designer (esclusivamente digitale). Adesso sono passato a fare il "generalista": meno specializzato, ma piú interessante. Credo anch'io di poter parlare con cognizione di causa :lol:

Quello che viene praticamente sempre omesso in un corso (o che forse non è nemmeno chiaro al docente :-|) è la spiegazione della visione d'insieme. C'è a questo proposito la cosiddetta Y-Chart, che è perfetta:
Gajski-Kuhn.png
Gajski-Kuhn.png (35 KiB) Osservato 1977 volte


Lo sviluppo comincia sempre sul ramo Behavioral, dove viene definito cosa il sistema deve fare, ma non come. Si passa poi in senso orario al ramo Structural, dove si concretizza soprattutto l'interconnessione e l'inter-operazione dei componenti (front-end design). L'ultimo passaggio (back-end design) e il passaggio al ramo Geometry, dove si va al livello fisico.

Per esempio: Foto UtentePietroBaima si trova sul ramo Behavioral, nei due gironi ( :twisted: ) piú esterni (anche se ha una buona padronanza anche di quello che c'è all'interno), io sono sullo stesso ramo, ma sui gironi piú interni. Quello che deve essere chiaro è che non si tratta di scatole chiuse: Pietro non può fare il suo lavoro senza avere un'idea del mio e viceversa.

Secondo quella che è la mia esperienza, nelle lezioni di tecnica digitale si parte dal punto Logic sul ramo Behavioral (funzioni logiche) ci si sposta su Structural stando alla stessa altezza e si vede che ci sono componenti che realizzano le funzioni viste (magari, come dice Pietro studiandosi in modo assolutamente anacronistico tutta la serie 74HC). Si sale poi di un livello e si torna su Behavioral (è il punto in cui si studiano le FSM).

Qui finisce il tutto. Gli altri punti non vengono considerati. E sono d'accordo che non sono tutti necessari se uno non vuole diventare un designer digitale. Ma quello che si fa non basta. Senza toccare concetti che sono propri del cerchio piú interno o dei cerchi esterni sul ramo Structural, quello che nella matematica funziona, in presenza del timing del mondo reale (propagation delay, setup-time, hold-time, skew) smette di funzionare.

Non c'è poi da meravigliarsi se in questo forum, si vedono in continuazione richieste (anche da studenti che stanno proprio trattando la materia) i cui una linea dati passa attraverso un paio di gates e magicamente diventa un clock usato per un flip-flop. Circuiti del genere, non credo sia il caso che te lo spieghi, funzionano solo sulla carta (e forse neanche sulla carta).

Quindi, dopo questo excursus enorme, la mia risposta alla tua domanda è che sì, le FSM sono fondamentali, ma c'è un sacco di altra roba che si può scremare a favore di cose piú utili.

Chiaro, i diagrammi di Karnaugh sono nice-to-know, ma dopo averne fatti decine e decine durante lo studio, non ne ho mai piú usato uno nella vita professionale, al punto che oggi avrei difficoltà a risolverli. È come il discorso di cui sopra per la logica discreta. Non li si usano piú. La FSM viene scritta in VHDL e il compiler si occupa del signor Karnaugh.
Come dicevo, tutto è utile e conoscerli non sarebbe male, ma dovendo scegliere, io li lascerei cadere a favore di uno studio del clocking. Ovvero dell'interconnessione dei gates considerando i fattori tempo e sincronismo. È al momento una grossa lacuna.

Ai tempi del mio studio avevamo fortunatamente un professore che era un'autorità nel campo e ha smaltito tutta la paccottiglia discreta dal laboratorio e abbiamo fatto tutti gli esercizi di tecnica digitale su una CPLD. Con Max+Plus si potevano instanziare i gates graficamente e collegarli con "fili", senza dover quindi conoscere il VHDL. È un approccio che probabilmente è stato la scintilla iniziare per accendere la mia passione per la tecnica digitale e posso solo consigliarlo.

Saluti Boiler
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[5] Re: Macchina di Mealy e Moore

Messaggioda Foto Utentemarc96 » 24 apr 2015, 21:10

Grazie Boiler per il tuo contributo e scusami se ti rispondo in ritardo.

Boiler ha scritto:Come dicevo, tutto è utile e conoscerli non sarebbe male, ma dovendo scegliere, io li lascerei cadere a favore di uno studio del clocking. Ovvero dell'interconnessione dei gates considerando i fattori tempo e sincronismo. È al momento una grossa lacuna.

Puoi indicarmi una documentazione, possibilmente in italiano, adatta ad un 3° anno di un corso di elettronica?

Boiler ha scritto:Ai tempi del mio studio avevamo fortunatamente un professore che era un'autorità nel campo e ha smaltito tutta la paccottiglia discreta dal laboratorio e abbiamo fatto tutti gli esercizi di tecnica digitale su una CPLD. Con Max+Plus si potevano instanziare i gates graficamente e collegarli con "fili", senza dover quindi conoscere il VHDL. È un approccio che probabilmente è stato la scintilla iniziare per accendere la mia passione per la tecnica digitale e posso solo consigliarlo.

Per un insegnante generare questo tipo di scintille è molto bello...
Non conosco Max+Plus: quindi si perveniva anche a risultati pratici (schede funzionanti)?
Il tutto all'interno del 3° anno e della materia Elettronica? Confesso che sono confuso.

Sarebbe utile al mondo della scuola organizzare i contenuti di Electroyou secondo le linee guida fornite dal Ministero a pag.172 http://www.gazzettaufficiale.it/do/atto ... poserie=SG

Si otterrebbe in pratica un libro di testo...con il contributo anche di chi lavora..

Saluti
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