Availability: Grundlagen der technischen Informatik | Technische Universität München

Grundlagen der technischen Informatik: mit 57 Tabellen und 95 Aufgaben

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Main Author:	Hoffmann, Dirk W. 1972- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Hanser 2013
Edition:	3., neu bearb. Aufl.
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adam_text	W· Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 11 1.1 Was ist technische Informatik?..................................... 11 1.2 Vom Abakus zum Supercomputer.................................... 13 1.3 Wohin geht die Reise?.......................................... 30 2 Halbleitertechnik 33 2.1 Halbleiter ................................................ 34 2.1.1 Atommodell von Bohr..................................... 34 2.1.2 Reine Halbleiter........................................ 37 2.1.3 Dotierte Halbleiter........................................ 39 2.2 Integrierte Schaltelemente........................................ 41 2.2.1 Halbleiterdioden........................................ 41 2.2.2 Bipolartransistoren....................................... 42 2.2.3 Feldeffekttransistoren..................................... 46 2.3 Chip-Fertigung ............................................. 51 2.3.1 Produktion integrierter Schaltkreise.............................. 51 2.3.2 Integrationsdichte....................................... 57 2.4 Übungsaufgaben............................................. 58 3 Zahlendarstellung und Codes 59 3.1 Zahlensysteme.............................................. 60 3.2 Rechnerinterne Zahlenformate ..................................... 67 3.2.1 Darstellung natürlicher Zahlen ................................ 67 3.2.2 Darstellung rationaler Zahlen................................. 73 3.3 Zahlencodes............................................... 80 3.3.1 Tetraden-Codes ........................................ 80 3.3.2 Fehlererkennende Codes.................................... 84 3.4 Übungsaufgaben............................................. 86 4 Boolesche Algebra 89 4.1 Axiomatisierung nach Huntington ................................... 90 4.1.1 Mengenalgebra ........................................ 91 4.1.2 Schaltalgebra.......................................... 93 4.2 Boolesche Ausdrücke und Aussagen.................................. 95 4.2.1 Abgeleitete Operatoren.................................... 97 4.2.2 Erfüllbarkeit und Äquivalenz................................. 100 4.2.3 Strukturelle Induktion..................................... 102 4.2.4 Dualitätsprinzip........................................ 105 4.3 Rechnen in booleschen Algebren.................................... 109 4.3.1 Abgeleitete Umformungsregeln................................ 109 4.3.2 Vereinfachung boolescher Ausdrücke............................. 111 4.3.3 Vollständige Operatorensysteme................................ 117 4.4 Normalformdarstellungen........................................ 119 4.4.1 Konjunktive und disjunktive Normalform........................... 119 4.4.2 Reed-Muller-Normalform................................... 122 4.4.3 Binäre Entscheidungsdiagramme............................... 125 4.5 Übungsaufgaben............................................. 133 5 Schaltnetze 139 5.1 Grandlagen der Digitaltechnik ..................................... 140 5.1.1 Schaltkreisfamilien ...................................... 140 5.1.2 MOS-Schaltungstechnik.................................... 145 5.1.3 Lastfaktoren.......................................... 155 5.2 Schaltungssynthese........................................... 156 5.2.1 Zweistufige Schaltungssynthese................................ 157 5.2.2 BDD-basierte Schaltungssynthese............................... 158 5.2.3 FDD-basierte Schaltungssynthese............................... 159 5.3 Formelsynthese............................................. 161 5.3.1 Funktionale Formelsynthese.................................. 161 5.3.2 Relationale Formelsynthese.................................. 163 5.3.3 Definitorische Formelsynthese ................................ 164 5.4 Komplexitätsanalyse........................................... 167 5.5 Zeitverhalten digitaler Schaltungen................................... 169 5.5.1 Signalausbreitung und-Verzögerung ............................. 169 5.5.2 Störimpulse.......................................... 171 5.6 Übungsaufgaben............................................. 175 6 Minimierung 181 6.1 Minimierungsziele............................................ 182 6.2 Karnaugh- Veitch-Diagramme...................................... 186 6.2.1 Minimierung partiell definierter Funktionen ......................... 190 6.2.2 Konstraktion Hazard-freier Schaltungen ........................... 194 6.2.3 Minimierang mehrstelliger Funktionen............................ 196 6.3 Quine-McCluskey-Verfahren...................................... 197 6.4 Übungsaufgaben............................................. 201 7 Standardschaltnetze 205 7.1 Motivation................................................ 206 7.2 Multiplexer und Demultiplexer ..................................... 206 7.3 Komparatoren.............................................. 213 7.4 Präfix-Logik............................................... 215 7.5 Addierer................................................. 218 7.5.1 Halb-und Volladdierer..................................... 218 7.5.2 Carry-ripple-Addierer..................................... 220 7.5.3 Carry-look-ahead-Addierer.................................. 221 7.5.4 Conditional-Sum-Addierer .................................. 224 7.5.5 Präfix-Addierer ........................................ 227 7.5.6 Carry-save-Addierer...................................... 229 7.6 Inkrementierer.............................................. 232 7.7 Subtrahierer............................................... 233 7.8 Multiplizierer.............................................. 234 7.8.1 Matrixmultiplizierer...................................... 235 7.8.2 Carry-save-Multiplizierer................................... 238 7.8.3 Wallace-Tree-Multiplizierer.................................. 241 7.8.4 Dadda-Tree-Multiplizierer................................... 246 7.9 Barrel-Shifter .............................................. 249 7.10 Arithmetisch-logische Einheit...................................... 251 7.11 Programmierbare Logikbausteine.................................... 253 7.12 Übungsaufgaben............................................. 256 8 Schaltwerke 265 8.1 Digitale Speicherelemente........................................ 266 8.1.1 Asynchrone Speicherelemente................................. 267 8.1.2 Taktzustandsgesteuerte Speicherelemente........................... 271 8.1.3 Taktflankengesteuerte Speicherelemente........................... 274 8.1.4 Bevorrechtigte Eingänge.................................... 281 8.1.5 CMOS-Implementierang ................................... 282 8.2 Vom Flipflop zum Schaltwerk...................................... 285 8.2.1 Endliche Automaten...................................... 286 8.2.2 Schaltwerksynthese...................................... 289 8.3 Übungsaufgaben............................................. 293 9 Standardschaltwerke 299 9.1 Register................................................. 300 9.1.1 Auffangregister ........................................ 300 9.1.2 Schieberegister......................................... 302 9.1.3 Universalregister........................................ 304 9.1.4 Akkumulatoren ........................................ 305 9.2 Zähler.................................................. 308 9.2.1 Synchrone Binärzähler..................................... 309 9.2.2 Asynchrone Binärzähler.................................... 313 9.2.3 Mischzähler.......................................... 314 9.2.4 Instruktionszähler....................................... 316 9.3 Hauptspeicher.............................................. 318 9.3.1 SRAM-Speicher........................................ 318 9.3.2 DRAM-Speicher........................................ 320 9.3.3 Fehlererkennung und -korrektur ................................ 327 9.4 Übungsaufgaben............................................. 330 10 Register-Transfer-Entwurf 335 10.1 Entwurf komplexer Systeme....................................... 336 10.1.1 Operationswerksynthese.................................... 338 10.1.2 Steuerwerksynthese...................................... 340 10.2 Mikroprogrammierung ......................................... 343 10.3 Übungsaufgaben............................................. 349 11 Mikroprozessortechnik 351 11.1 Elemente eines Mikrorechners ..................................... 352 11.1.1 Von-Neumann-Architektur .................................. 352 11.1.2 Aufbau der CPU........................................ 356 11.2 Ein einfacher Modellprozessor..................................... 360 11.3 Übungsaufgaben............................................. 374 12 Rechnerstrukturen 377 12.1 Rechnerklassifikation nach Flynn.................................... 378 12.2 Instruktionsarchitekturen........................................ 379 12.2.1 CISC-Prozessoren....................................... 380 12.2.2 RISC-Prozessoren....................................... 384 12.3 Methoden zur Leistungssteigerung................................... 388 12.3.1 Pipelining ........................................... 388 12.3.2 Cache-Speicher........................................ 393 12.4 Leistungsbewertung........................................... 399 12.4.1 Maßzahlen zur Leistungsbewertung.............................. 399 12.4.2 Benchmarks.......................................... 402 12.5 Übungsaufgaben............................................. 405 A Notationsverzeichnis 411 В Abkürzungsverzeichnis 413 С Glossar 415 Literaturverzeichnis 433 Namensverzeichnis 437 Sachwortverzeichnis 439
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