course: Digital Technology

number:
141304
teaching methods:
lecture with tutorials
media:
overhead transparencies, computer based presentation
responsible person:
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Oehm
lecturer:
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Oehm (ETIT)
language:
german
HWS:
4
CP:
5
offered in:
summer term

dates in summer term

  • start:

goals

Students acquire comprehensive knowledge in the fields of Boolean algebra, structure and functionality of digital basic circuits, cost optimization of digital unction groups, techniques for clock-synchronous processing of data, coding and processing of data, structure and functionality of such basic functionalities, which are in particular central components in microprocessor architectures and their environment. Guidelines for knowledge transfer are the circuit-technical possibilities and limits of modern CMOS logic structures in order to make current development trends in a rapidly developing digital application world more comprehensible to students at the same time.

content

  • historical review and motivation
  • Boolean algebra, minimal circuits based on NAND and NOR
  • gate runtimes, timing analysis, critical path
  • number systems, number coding, error detection and correction, fixed and floating point representations
  • computational circuits, arithmetically logical unit (ALU),
  • edge detectors, bi-, mono- and astabile circuits, transparent and non-transparent flip-flops (FF)
  • Frequency dividers, counters (asynchronous, synchronous), automats, shift registers
  • memory: S-RAM, D-RAM, ROM, ... (structure and forms of organization)
  • clock-synchronous techniques for data processing
  • ALU in environments for microprogramming, microprogramming
  • concepts for serial data transmission
  • basic idea of A/D and D/A converters
  • concept: scalable standard logic cells, CMOS logic
  • Overview: logic analysis, tools for logic analysis, HDL design languages
  • Moore, More than Moore

recommended knowledge

Basic knowledge of electrical engineering 1 and mathematics.

miscellaneous

Es wird eine vorlesungsbegleitende Zusatzübung (Tutorium) angeboten, die Termine werden später festgelegt.

'Interaktives Vorlesungsskript (IVS)

Beim Skript zur Vorlesung Digitaltechnik handelt es sich um ein „Interaktives Vorlesungsskript“ (IVS), realisiert in der Umgebung einer virtuellen Maschine (VM). „Interaktiv“ meint hier, dass direkt aus den Themenfolien (pdf-Format) heraus vom Vortragenden/Studenten modifizierbare Beispiel-Simulation zum aktuellen Folienthema gestartet werden können. Mittels eines Maus-Klicks auf ein Start-Symbol in der Vortragsfolie kann z.B. zunächst ein vorbereiteter, modifizierbarer Schalt- oder Strukturplan geöffnet werden. Aus diesem Plan heraus kann dann unmittelbar eine simulatorische Analyse gestartet werden. Die Ergebnisse dieser Berechnungen werden automatisch und unmittelbar im Schalt-/Strukturplan selbst und/oder in sich automatisch öffnenden grafischen Darstellungen zur Anzeige gebracht. Optional mögliche Veränderungen in den Schalt-/Strukturschmeta sind auf diese Weise in der Wirkung unmittelbar erfahrbar. Theoretische Inhalte in den Themenfolien des IVS sind durch zahlreiche unmittelbar ausführbare praktische Ausführungsbeispiele veranschaulicht.

Die VM zur Vorlesung mit dem darin enthaltenen IVS kann hier heruntergeladen werden:
http://vms.ais.ruhr-uni-bochum.de/VM__20GB-Kubuntu-14.04_Digital-Suite-2V0.zip
Eine Kurzanleitung zur Installation der VM auf dem eigenen PC gibt es hier:
Kurzanleitung

Technik und Hintergrund des IVS-Konzepts: Das IVS ist in einer VM enthalten, die auf jedem studentischen PC gestartet werden kann – weitgehend unabhängig vom dort vorhandenen Betriebssystem und den Hardwaregegebenheiten. Die VM selbst, die darin enthaltene Software und das „Interaktives Vorlesungsskript“ ist zusammengestellt aus lizenzfreier Software, so dass das „Interaktive Vorlesungsskript“ allen Studenten ohne Beschränkungen zur Verfügung gestellt werden kann. Es ist ein zentraler Teil unseres didaktischen Konzepts, dass allen Studenten die Verwendung des IVS ohne besondere Zugangsvoraussetzungen als optimale Drehscheibe zur Vertiefung von Vorlesungsinhalten und zur Klausurvorbereitung ermöglicht ist.

Die VM dient dabei als Softwarehülle, in der alle notwendigen Einstellungen und Installationen mit Blick auf die zu vermittelnden Vorlesungsinhalte optimal vorbereitet sind. Verlinkungen aus dem IVS oder dem WEB-Browser (Bookmarks) heraus ins Internet sind ergänzend ebenso vorhanden, wie Anbindungen an E-Learning-Plattformen wie „Moodle“.

Teil unseres didaktischen IVS-Konzepts sind auch elektronische Einsendeaufgaben, die vom vorbereiteten „Tooling“ in der VM Gebrauch machen. Mittels erfolgreich gelöster Einsendeaufgaben kann sich der Student „Bonuspunkte“ erarbeiten, die im späteren Ergebnis einer schriftlichen Klausur gutgeschrieben werden.

In den zur Vorlesung begleitend durchgeführten Übungen/Tutorien wird die VM mit dem darin enthaltenen IVS ebenfalls eingesetzt. Auf diese Weise werden die Studenten regelmäßig im Umgang mit der VM und dem IVS geschult.

Virtualisierungstechniken auf der Basis „Virtueller Maschinen“ sind Stand der Technik. Sie machen uns unabhängig von Rechnerplattformen. In Verbindung mit unserer Idee für ein IVS ist im Prinzip ein neuartiger Weg aufgezeigt worden, wie die Vorteile aktueller Virtualisierungstechniken insbesondere auch für neuartige, innovative E-Learning-Konzepte genutzt werden können. Eine VM findet Platz auf einem USB-Stick > 16GB. In Verbindung mit einer VM auf einem USB-Stick können die interaktiven Vorlesungsinhalte unmittelbar auf jedem verfügbaren PC/Laptop ohne besonderen Installationsaufwand nachvollzogen und eingeübt werden.