I.T.I. “E.Medi” - San Giorgio a Cremano (Napoli)

Programma del Corso di
SISTEMI AUTOMAZIONE e LABORATORIO
nelle classi III, IV e V sezione Informatica

PREMESSA

La disciplina rappresenta il momento di sintesi dei concetti appresi nelle materie parallele del corso di studi (Informatica, Elettronica, Matematica, Statistica). È dunque fondamentale la continua interazione con i docenti delle altre discipline i cui contenuti sono propedeutici alla materia Sistemi.

FINALITÀ

Sviluppare il senso critico, inducendo gli alunni a giustificare l'applicazione dei metodi di risoluzione di problemi, e di analisi dei risultati.
Abituare gli alunni a ricercare l'interpretazione fisica dei modelli matematici costruiti e sintetizzare semplici modelli di sistemi.
Formare negli alunni una flessibilità culturale che consenta loro di sapersi adeguare agevolmente agli ambienti operativi in cui vanno imponendosi le tecnologie informatiche.

Classe III

1° modulo: Elementi di base

Modello logico-funzionale dell’elaboratore, schema di Von Neuman.
Componenti di base di un Computer: Unità centrale di elaborazione, Input, Output, RAM, ROM, memorie di massa (Hard Disk, Floppy Disk, CD, DVD) schede di rete, modem, motherboard, North e South bridge, FSB, SDRAM e DDR. Memorie Cache L1 e L2. Tipi di BUS. Valutazione delle prestazioni dei computer. Il concetto di LAN, WAN, Internet, posta elettronica.
Definizione di Linguaggio Macchina, BIOS, Sistema Operativo, Linguaggi Evoluti, Applicativi. Procedura di accensione e spegnimento di un PC e verifica delle relative caratteristiche di base. Interfaccia utente di Windows XP e W2000: finestre, icone, menu, barre di scorrimento, impostazioni del desktop. Formattare un disco. Definizione e uso di File e Directory. Esecuzione di programmi. Uso di un text editor, uso della stampante.
Le risorse di rete; uso dell’intranet dell’istituto. Uso degli applicativi della suite Office 2000.
Definizione di Foglio Elettronico e programma EXCEL per Windows. Esempi di problemi risolubili con un foglio elettronico. Operazioni fondamentali con Excel; formule e funzioni; concetto di indirizzi relativi ed assoluti. Uso dell’Help. Computo di un preventivo di acquisto con Excel.

2° modulo: Rappresentazione delle informazioni

Codici per i dati numerici: Numerazione Binaria, Complemento a Due, Fixed Point, Floating Point. Conversione tra base 10 e altri sistemi di numerazione. Operazioni aritmetiche in base 2. Numerazione Esadecimale.
Codici per le informazioni Alfanumeriche: BCD, GRAY, ASCII a 7 e a 8 bit.
Conversione Binario-Decimale, Esadecimale-Decimale, Binario-Esadecimale.
Uso del foglio elettronico per le operazioni di conversione tra le basi numeriche.
Sistema video RGB. Standard di memorizzazione file Audio e Video.
Fondamenti del linguaggio C.
Tipi di dati: char, integer, long, float, double.
Semplici programmi in C.

3° modulo: Sistemi e Modelli

Classificazione di Sistemi e di Modelli; determinazione delle grandezze di Ingresso, Uscita, Parametri, Disturbi. Inerzia, Memoria e variabili di Stato.
Sistemi Deterministici, Stocastici, Combinatori, Sequenziali, Discreti, Continui.
Analisi e Sintesi dei sistemi Combinatori. Analisi e Sintesi dei sistemi Sequenziali con il diagramma degli Stati. Ottimizzazione di un modello.
Automi: modello e simulazione.
Automa distributore automatico di biglietti. Automi riconoscitori di sequenze.
Introduzione al microprocessore.

4° modulo: Trasmissione Dati

Rappresentazione della trasmissione con catena di Shannon. Concetto di Protocollo.
I codici a rilevazione e correzione di errore: controllo di parità orizzontale, verticale e incrociato; controllo di Hamming. Controllo Polinomiale.
Colloquio Simplex, Half-Duplex, Full-Duplex; trasmissione Parallela e Seriale.
Il trattamento dei segnali. Modulazione. Trasmissione con canali disturbati; Protocollo Start-Stop;
Interfaccia seriale RS232; programmazione delle porte COMx.
Colloquio full-duplex tra due terminali collegati con linea seriale RS232, con programma in C.

Bibliografia

Fabrizia Scorzoni - SISTEMI: elaborazione e trasmissione delle informazioni. – Loescher
Romagnoli, Ventura - COME PROGRAMMARE IN LINGUAGGIO C e C++ - Petrini Editore

Classe IV

1° modulo: Caratteristiche generali di un MicroCalcolatore

Comunicazione tra dispositivi elementari; segnali di Strobe, Wait, R/W; colloquio Master-Slave e tra un Master e più Slave. Temporizzazione di un trasferimento: tempo di assestamento, di decodifica, di preparazione, di trasferimento, di mantenimento. Collegamento Sincrono, Asincrono e Semisincrono.
Riconoscimento degli slave tramite i codici indirizzo; spazio degli Indirizzi. Address Bus, Data Bus e Control Bus; slave esterni (Memorie e Periferiche) e interni (Registri). Caratteristiche Hardware e Software dei microprocessori: lunghezza di parola, grado di parallelismo, velocità, indirizzamento, set di istruzioni.
Architettura interna di un generico microprocessore: PC, RIM, RI, Acc, Flag, ALU. Esecuzione delle istruzioni con fasi di Fetch e Execute; microprogrammazione delle istruzioni macchina. Collegamento del microprocessore alle periferiche in Memory mapped ed Isolated I/O.

2° modulo: Microprocessore a 16 bit Intel 8086

Architettura della CPU 8086: set di registri e piedinatura principale. La struttura della memoria e la generazione degli indirizzi a 20 bit; accesso alla memoria a 8 e a 16 bit.
Indirizzi Far e Near. Set di istruzioni del mP 8086; metodi di indirizzamento.
Istruzioni di trasferimento dati, aritmetiche, logiche, di salto, di rotazione e shift.
Programmazione Assembler: rappresentazione degli algoritmi con Diagrammi a Blocchi. Salti Condizionati e Incondizionati; salti Relativi e Assoluti. Realizzazione in Assembler delle strutture elementari: IF-THEN, IF-THEN-ELSE, cicli iterativi WHILE e REPEAT. Gestione delle Subroutine; istruzioni CALL e RET.
Mascheramento dei bit nei byte: Settaggio (OR), Cancellazione (AND), Negazione (XOR) e Verifica (TEST).
Utilizzo scheda video in modo testo in Memory mapped; attributi del Video. Semplici programmi Assembler per la gestione del video.
Operazioni sulle stringhe: calcolo Lunghezza, copia di una stringa, trasformazione Maiuscolo-minuscolo, trasformazione Binario-Ascii. Somma con e senza riporto;
Sommatoria di un Array. Moltiplicazione per somme successive; calcolo di una potenza.

3° modulo: Tecniche di INPUT / OUTPUT

Metodi di colloquio in Polling, Interrupt, DMA. Gestione interrupt con Daisy Chain e con PIC.
La gestione degli Interrupt Hardware e Software nei mP 80x86; tabella degli Interrupt. Gestione della tastiera del PC con utilizzo degli interrupt software. Lettura dell'orologio di sistema. Uso dello Speaker di sistema.
Interfaccia seriale RS232: struttura e segnali; programmazione della porta.
Trasmissione e ricezione dati tra due PC collegati con linea seriale.
Interfaccia parallela: struttura e segnali; programmazione della porta.
Realizzazione di dispositivi di I/O collegati alla porta parallela.

4° modulo: Programmazione Assembler avanzata

Allocazione in memoria di strutture complesse: Array, Matrici, Pile, Code, Liste.
Integrazione delle routine assembler in un linguaggio evoluto.
Ottimizzazione della programmazione assembler.
Ricerca del minimo e del Massimo in un Array.
Ricerca Sequenziale e Dicotomica in un Array.
Ordinamento di un Array con metodo Ingenuo e Bubble-Sort.
Realizzazione di giochi tra computer con uso delle porte seriali e parallela.

Bibliografia

Garavaglia, Petracchi - SISTEMI, vol. 1°, Zanichelli Editore.
A.Salsano, A.Ferreri, F.Tota Gramegna - SISTEMI A MICROPROCESSORE, vol. 2° - Petrini Editore
E.Michelis, G.Paschetta, M.Tamburini - SISTEMI DIGITALI, vol. 2° - Petrini Editore

Classe V

Modulo 1: Linguaggio C

Tipi di dati in C: char, int, long, float, double. Aritmetica dei puntatori. Espressioni e Istruzioni.
Operatori numerici, relazionali, logici, binari. Struttura delle funzioni. La funzione main().
Cicli iterativi while e do-while. Selettori if-then-else e switch-case. Prototipi delle funzioni.
Passaggio di parametri per valore e per puntatore. #include. Assembler in-line nel Borland C.
Gestione dei vettori: inserimento, stampe, ricerche, ordinamento.
Semplici programmi di gioco per la ricerca di soluzioni

Modulo 2: Elementi di base delle reti

Introduzione: cenni storici sullo sviluppo delle reti di computer; classificazioni; applicazioni di rete; software di rete (protocolli); protocolli O.S.I. e TCP/IP.
Livello fisico: i segnali e la banda di frequenza; trasmissione del segnale; codifica del segnale. Mezzi di trasmissione: elettrici, ottici, wireless.
Livello di data link; trasmissione sincrona e asincrona; framing; controllo degli errori; protocolli di linea; Allocazione multiaccesso (Aloha, CSMA, Token ring).

Modulo 3: Reti locali e geografiche

Reti Locali: topologia; il protocollo Ethernet.
Amministrazione di una rete locale: reti paritetiche e client/server; sistemi operativi di rete, amministrazione di rete; reti Windows.
Reti geografiche: trasmissione su linea analogica; ISDN; ADSL; reti a commutazione di pacchetto.
Livello di rete: funzioni del livello; algoritmi di routing; intrnetworking; indirizzi IP.
I livelli superiori: i protocolli TCP e UDP; il DNS; il DHCP; l’SMTP; il POP; il WEB.

Modulo 4: Sistemi di Controllo

Definizione di controllo a Catena Aperta e ad Anello; schemi rappresentativi ed elementi caratteristici di un controllo: blocco Comparatore, blocco Attuatore, blocco Sistema, blocco Trasduttore.
Regolazione ON-OFF: definizione di Gap e Overshoot; Regolazione Proporzionale: definizione di Guadagno, Banda Proporzionale, Offset di regolazione; Regolazione Integrativa. Regolazione Derivativa. Regolatori PD, PI, PID.
Il controllo digitale; la catena di acquisizione dati; il campionamento di un segnale analogico; la conversione digitale-analogica e analogica-digitale.
Esempi di regolazione meccanica di tipo On/Off, Proporzionale, Derivativo, Integrativo.
Simulazione al PC di un Regolatore multifunzionale.
Simulazione di Sistemi di varia natura con controllo ad anello via porta seriale RS232.

Modulo 5: Analisi Matematica di Sistemi

Significato fisico della Derivata; Modelli matematici di sistemi dinamici, del primo e del secondo ordine; Analisi della risposta ad un segnale impulsivo, costante e lentamente variabile.
Trasformata di Laplace, teoremi fondamentali. Antitrasformata. Applicazione della trasformata di Laplace alla risoluzione delle Equazioni Differenziali lineari.
Definizione di Funzione di Trasferimento: caratteristiche di G(s), poli e zeri della funzione; rappresentazione di poli e zeri sul piano complesso.
Stabilità di un sistema; analisi della stabilità di un sistema mediante i poli della trasformata del segnale di uscita; criterio di Routh per l'analisi dei segni delle radici di un polinomio.
Analisi del moto in un campo gravitazionale costante e variabile, con e senza attrito.
Modello di un Forno con valutazione di Resistenza e Dispersione di calore.
Modello di un Serbatoio con carico e scarico liquido.
Analisi di un circuito RLC.

Bibliografia

Fabrizia Scorzoni - SISTEMI: elaborazione e trasmissione delle informazioni, vol 3° – Loesher Editore
Manicone - Mazzetti - SISTEMI, vol. 3° - Tramontana Editore
Romagnoli, Ventura - COME PROGRAMMARE IN LINGUAGGIO C e C++ - Petrini Editore
Cutugno, D’Urzo, Lamberti, Prota - QUADERNO DI INFORMATICA E SISTEMI PER L’ESAME DI STATO - Simone Editore