Modul: Informatik 3

Nummer:149303
Kürzel:informatik3
Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Oehm

Ziele

Die Studierenden haben elementare Grundlagenkenntnisse aus den Bereichen Boolesche Algebra, Kostenoptimierung digitaler Schaltungen, Aufbau und die Wirkungsweisen von digitalen Grundschaltungen, Aufbau und Funktion von Basisfunktionalitäten aus denen sich z.B. ein Mikroprozessorsystem zusammensetzt (wie z.B. Zähler, Schieberegister, ALU, Bustreiber, Speicher). Weiterhin haben sie zentrale Kenntnisse über den inneren schaltungstechnischen Aufbau aktueller Logikfamilien, die besonderen Eigenschaften einer CMOS-Logik, die Skalierungseigenschaften von CMOS-Technologien und ihre Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften logischer Schaltungen und Systeme. Mit diesem Wissen sind die Studierenden in der Lage, zukünftige Entwicklungen in den Integrationstechnologien, und damit in der Digitaltechnik bezüglich ihrer Möglichkeiten und Grenzen einzuschätzen.

Inhalt

  • Historischer Rückblick, Motivation Digitaltechnik
  • Boolesche Algebra
  • Zahlendarstellungen, Rechenwerke, ALU
  • Flankendetektoren, Flip-Flops (FFs)
  • Teiler, Zähler, Schieberegister, Halbleiterspeicher
  • Tools zur Logikanalyse
  • Dioden-Logik, Dioden Transistor Logik, Transistor Transistor Logik, CMOS-Logik
  • CMOS Technologie, Moore’s Law
  • CMOS Standard-Zellen Konzept

Die Vorlesung beginnt mit den theoretischen Grundlagen der Schaltalgebra. Danach werden verschiedene Verfahren zur Vereinfachung von logischen Netzwerken vorgestellt. Die vereinfachten logischen Netzwerke gilt es dann auf der Basis der schaltungstechnischen logischen Grundfunktionen NAND, NOR und NOT in kostenoptimale logische Netzwerke zu überführen. Dabei wird der Begriff der Kosten sowohl unter dem Gesichtspunkt des Hardwareaufwands, als auch unter dem Gesichtspunkt der Summe der Gatterlaufzeiten in den Signalpfaden eingeführt. Der zweite Teil der Vorlesung beschäftigt sich mit den zentralen Eigenschaften der wichtigsten Logikfamilien. Voran gestellt werden zunächst die klassischen Logikfamilien (Dioden-Logik, Dioden-Transistor-Logik, Transistor-Transistor-Logik) in Verbindung mit ihren typischen Merkmalen. Vor dem Hintergrund des aktuellen Technologiefortschritts werden daran anschließend die zentralen Merkmale einer CMOS-Technologie, das Moore'sche Gesetz, die Auswirkungen von Technologieskalierungen auf die Schaltzeiten der CMOS-Gatter, die CMOS-Logik und das CMOS-Standard-zellenkonzept vorgestellt. Der dritte Teil der Vorlesung beschäftigt sich mit den höherwertigen digitalen Funktionsgruppen. Dazu gehören z.B. Flipflops, Zähler, Schieberegister, Multiplexer/Demultiplexer, Rechenwerke/ALU und Speicher. Die Konzepte synchroner/asynchroner Taktsteuerungen und paralleler/sequentieller Datenverarbeitung werden in Verbindung mit den möglichen unterschiedlichen Architekturen der höherwertigen Funktionsgruppen diskutiert.

Veranstaltungen

Informatik 3 - Digitaltechnik (Prof. Dr.-Ing. Jürgen Oehm) 4 SWS