BLOCCO 3: Elettronica digitale

Porte Universali

Porta NAND (Not-AND) (Elettronica 2.2)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Porta logica universale che restituisce lo stato logico 0 se e solo se tutti gli ingressi sono allo stato logico 1. Funzione booleana: Y = negazione di (A * B). In tecnologia CMOS è preferita per la minor area di silicio occupata. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: È il guardiano della sicurezza assoluta. L'uscita è sempre "Sicura" (1), tranne nel caso critico in cui tutti i sensori di allarme scattano contemporaneamente (1 e 1). Solo in quel caso stacca la corrente (0). [VISUALIZZAZIONE]: Il simbolo della porta AND (la D maiuscola) con un piccolo cerchio (bolla di inversione) sulla punta di uscita.

Porta NOR (Not-OR) (Elettronica 2.2)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Porta logica universale che restituisce lo stato logico 1 se e solo se tutti gli ingressi sono allo stato logico 0. Funzione booleana: Y = negazione di (A + B). È funzionalmente completa (come la NAND). [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: È il pessimista del circuito. È felice (1) solo se non succede assolutamente nulla (tutti gli ingressi a 0). Se succede anche solo una piccola cosa (un ingresso a 1), lui si spegne (0). [VISUALIZZAZIONE]: Il simbolo della porta OR (punta di freccia curva) con un piccolo cerchio (bolla di inversione) sulla punta di uscita.

Porta XOR (Exclusive OR) (Elettronica 2.2)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Porta logica che restituisce 1 se il numero di ingressi alti è dispari. Nel caso a due ingressi, restituisce 1 se gli ingressi sono discordi (uno alto, l'altro basso) e 0 se sono concordi. Funzione: Y = A (cerchio con +) B. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: È l'Highlander: "Ne resterà soltanto uno". Se c'è solo A o solo B, il risultato è positivo. Se ci sono entrambi (o nessuno), si annullano a vicenda. Fondamentale per il calcolo aritmetico (somma senza riporto). [VISUALIZZAZIONE]: Il simbolo della porta OR con una seconda linea curva parallela disegnata sugli ingressi.

Porta XNOR (Equivalence) (Elettronica 2.2)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Porta logica che restituisce 1 se gli ingressi sono logicamente equivalenti (entrambi 0 o entrambi 1). È la negazione dello XOR. Funzione: Y = negazione di (A XOR B). [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: È il rilevatore di bugie o di coerenza. Si accende (1) solo se i due testimoni dicono la stessa cosa (tutti sì o tutti no). Se si contraddicono, si spegne. [VISUALIZZAZIONE]: Il simbolo della porta XOR con un cerchio (bolla di inversione) sull'uscita.

Universalità della Porta NAND (Elettronica 2.2)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Teorema secondo cui qualsiasi funzione logica booleana (NOT, AND, OR, XOR) può essere sintetizzata utilizzando esclusivamente una rete di porte NAND. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: La NAND è il mattoncino LEGO rosso 2x4. Anche se hai solo quel tipo di pezzo, se ne incastri abbastanza puoi costruire qualsiasi forma: una casa, una macchina o un aereo. Non hai bisogno di pezzi speciali. [VISUALIZZAZIONE]: Tre diagrammi affiancati: un NOT fatto cortocircuitando una NAND, un AND fatto con due NAND, un OR fatto con tre NAND.

Teoremi di De Morgan (Elettronica 2.3)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Relazioni fondamentali di dualità nell'algebra booleana. 1) La negazione di una congiunzione è la disgiunzione delle negazioni. 2) La negazione di una disgiunzione è la congiunzione delle negazioni. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: "Spezzare la barra cambia il segno". Se hai una negazione (barra) sopra due variabili unite, puoi spezzare la barra a metà, ma devi trasformare l'AND in OR (o viceversa). [VISUALIZZAZIONE]: Un'equazione dove una lunga barra orizzontale sopra A e B si spezza, e il simbolo centrale cambia da punto (AND) a più (OR).

Integrato 7400 (Hardware)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Circuito integrato della famiglia logica TTL (Transistor-Transistor Logic) contenente quattro porte NAND a due ingressi indipendenti (Quad 2-input NAND Gate). Package standard DIP-14. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: È il "coltellino svizzero" dell'elettronica vintage. Una capsula nera con 14 zampette che contiene 4 piccoli operai pronti a fare logica NAND. È il chip più famoso della storia per hobbisti. [VISUALIZZAZIONE]: Un rettangolo nero con 14 pin. I pin 7 (GND) e 14 (VCC) sono l'alimentazione, gli altri sono ingressi e uscite delle porte.

Fan-Out (Parametro Elettrico)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Misura della capacità di pilotaggio di una porta logica, definita come il numero massimo di ingressi di carico standard che l'uscita può pilotare mantenendo i livelli di tensione entro le soglie di rumore garantite. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: È la "potenza della voce". Se devi urlare un ordine a una persona, ti sente. Se devi urlarlo a 50 persone contemporaneamente, la tua voce si disperde e nessuno capisce. Il Fan-Out ti dice a quante persone puoi parlare prima di svenire. [VISUALIZZAZIONE]: Un singolo simbolo logico la cui uscita si ramifica in tanti fili che vanno verso 10 altre porte diverse.

Tempo di Propagazione (tpd) (Parametro Elettrico)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: L'intervallo di tempo trascorso tra la variazione del segnale di ingresso (al 50% dell'ampiezza) e la conseguente commutazione stabile del segnale di uscita. È dovuto alle capacità parassite dei transistor. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: Il tempo di reazione. In fisica nulla è istantaneo. Quando premi l'interruttore, la luce ci mette qualche nanosecondo ad accendersi. Se metti miliardi di interruttori in fila, questi ritardi si sommano e il computer rallenta. [VISUALIZZAZIONE]: Un grafico a due assi temporali: l'onda di ingresso cambia a t=0, l'onda di uscita cambia leggermente dopo (t+delta).

Logica Tri-State (High-Z) (Elettronica 2.2)

[DEFINIZIONE RIGOROSA]: Stato di uscita di un circuito digitale che presenta un'impedenza molto elevata, comportandosi come un circuito aperto (scollegato). Permette a più dispositivi di condividere lo stesso bus dati senza conflitti. [SPIEGAZIONE FEYNMAN]: Immagina una radio ricetrasmittente. 1 = Parli (tensione alta). 0 = Urli (tensione bassa). High-Z = Molli il pulsante e ascolti. Se non ci fosse l'High-Z, tutti cercherebbero di parlare sul canale contemporaneamente creando il caos. [VISUALIZZAZIONE]: Un interruttore disegnato internamente al chip che taglia fisicamente il filo di uscita, isolandolo dal resto del mondo.