Bernhard Rinner
This lecture introduces the fundamentals of the design of digital circuits. The lecture is held in German.
Seit 11. März 2020 wird diese Lehrveranstaltung als online-Kurs zu den ursprünglich geplanten Terminen abgehalten und auch aufgezeichnet. Die Aufzeichnungen stehen kurze Zeit nach den Kursen zum Download im AAU classroom zur Verfügung. Die Zugangsinformation wurde an alle angemeldeten TeilnehmerInnen per Email verschickt.
Ziele und Methodik
Die Lehrveranstaltung Entwurf digitaler Schaltungen erklärt wichtige Grundkenntnisse und Begriffe zu digitalen Systemen und vermittelt Methoden zur Analyse und zum Entwurf digitaler Schaltungen. Sie ist Teil der Studieneingangs- und Orientierungsphase (STEOP) des Bachelorstudiums Informationstechnik.
Die Vorlesung ist in folgende 11 Kapitel gegliedert:
- Einführung in digitale Systeme
- Zahlendarstellung und Kodes
- Boolesche Algebra
- Kombinatorische Schaltungen (Schaltnetze)
- Schaltnetzminimierung
- Standardschaltnetze
- Arithmetische Schaltungen
- Sequentielle Schaltungen (Schaltwerke)
- Standardschaltwerke
- Speicher
- Mikroprozessor-Grundlagen
Der Aufbau der Vorlesung folgt dabei einem “bottom-up Entwurfsprinzip”, bei dem komplexere Schaltungen mit Hilfe einfacherer (und bereits bekannter) Komponenten realisiert werden. Besonderer Wert wird dabei auf die Vermittlung von Methoden zur Modellierung und zum Entwurf gelegt. Die behandelten Methoden stammen im Wesentlichen aus den Bereichen der Zahlensysteme, Logik, Mengenlehre, Algebra und Automatentheorie und werden entsprechend eingeführt. Als wesentliches Lehrziel sollen Studierende nach erfolgreicher Absolvierung der Vorlesung in der Lage sein, den Aufbau und die Funktionsweise eines einfachen Prozessors erklären zu können und die dazu erforderlichen Komponenten (Schaltnetze und Schaltwerke) analysieren bzw. entwerfen zu können.
Ein eigener Kurs ergänzt die Vorlesung und bietet Gelegenheit zur Vertiefung der in der Vorlesung behandelten Methoden. Weiters wird die Beschreibung von digitalen Schaltungen anhand der Hardwarebeschreibungssprache VHDL vorgestellt.
Unterlagen
Die Lehrgangsunterlagen auf dieser Website sind passwortgeschützt. Sie erhalten den Zugangscode zu Beginn der Lehrveranstaltung vom Vortragenden.
- Grundlegende Informationen (PDF) zur Organisation und zum Ablauf der Lehrveranstaltung.
Prüfung
Die Prüfung erfolgt schriftlich (90 Minuten).
- Beispielprüfung (PDF)
- Für den in Kapitel 11 behandelten Modellprozessor wird folgende Beilage (PDF) zur Verfügung gestellt. Weitere Unterlagen sind nicht erlaubt.
Inhalt
1. Einführung
Geschichtliche Entwicklung des Computers; Einführung von digitalen Schaltungen
2. Zahlensysteme und Kodes
Zahlendarstellung; Kodes und Kodierung; binäre Arithmetik
3. Boolesche Algebra
Schaltkreise und Wahrheitstabellen; Boolesche Algebra; Normalformen
4. Schaltnetze (Kombinatorische Logik)
Logikgatter; Schaltungssynthese; Zeitverhalten
5. Schaltnetzminimierung