Technische Informatik 1 - Digitaltechnik

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Inhalt

Die Lehrveranstaltung „Technische Informatik 1“ führt in die technischen Grundlagen der Informatik ein. Im ersten Teil „Grundlagen der Digitaltechnik“ (Sommersemester) werden die Gebiete der Elektrotechnik behandelt, die für die Digitaltechnik wichtig sind: Netzwerkanalyse, Transistorschaltungen, Logikgatter, Schaltkreisfamilien, Schaltalgebra und Minimierungsverfahren.
Im zweiten Teil „Anwendungen der Digitaltechnik“ (Wintersemester) wird die Analyse und Synthese digitaler Systeme behandelt: kombinatorische und sequenzielle Schaltungen, programmierbare Logikschaltungen, arithmetisch-logische Einheiten und Mikroprozessoren.
Die Lehrveranstaltung besteht aus Vorlesungen, fakultativen Übungen und einem Praktikum.

Vorlesung

Nach einer kurzen Einführung in die Schaltalgebra und in Minimierungsverfahren wird die Beschreibung und der systematischen Entwurf von kombinatorischen und sequentiellen Schaltungen behandelt. Zur digitalen Realisierung von arithmetischen Operationen werden binäre Zahlencodierungen erläutert. Ausgehend vom Grundprinzip arithmetisch-logischer Einheiten werden Prozessor- und Speicherstrukturen sowie programmierbare Logikstrukturen als grundlegendeHardwarekomponenten behandelt.

Gliederung der Vorlesung

  1. Schaltalgebra
    1. Logische Verknüpfungen
    2. Minimierungsverfahren
    3. Binäres Zahlensystem
  2. Kombinatorische Schaltungen
    1. Logikschaltungen
    2. Arithmetikschaltungen
  3. Sequentielle Schaltungen
    1. Flipflops
    2. Automaten
  4. Programmierbare Logikschaltungen
    1. Übersicht ASIC, PLD
    2. PLD-Strukturen
    3. Entwicklungswerkzeuge
  5. Speicher
    1. Halbleiterspeicher
    2. Magnetische und optische Speicher
  6. Prozessoren
    1. Grundaufbau
    2. Arithmetisch-logische Einheiten
    3. Mikroprogrammierung
    4. Beispiele
  7. Interface-Schaltungen
    1. Parallele Interface
    2. Serielles Interface
    3. ausgewählte Schnittstellen

Skripte zur Vorlesung

Übung (fakultativ)

In den Übungen werden der Vorlesungsstoff und die Praktikumsaufgabenstellungen anhand konkreter Aufgabenstellungen vertieft.Schwerpunkte sind die Anwendung der Schaltalgebra, Codierung, Dualzahlen, Zweierkomplementdarstellung, Minimierung von Schaltfunktionen, Entwurfvon asynchronen und synchronen Schaltwerken, Mealy- und Moore-Automaten, Mikrosteuerwerk.

Praktikum

Im Praktikum wird die Möglichkeit gegeben, die theoretischen Zusammenhänge durch Simulation am Rechner und praktische Versuchsaufbauten mit programmierbaren Logikschaltkriesen nachzuvollziehen.
  1. SIM KS-SIM: Kombinatorische Schaltungen - Simulation
  2. LAB KS-LAB: Kombinatorische Schaltungen - Labor
  3. SIM SS-SIM: Sequentielle Schaltungen - Simulation
  4. LAB SS-LAB: Sequentielle Schaltungen - Labor
  5. SIM MP-SIM: Mikroprozessor - Simulation
  6. LAB MP-LAB: Mikroprozessor - Labor
Die Versuche bauen auf einander auf und bilden Paare (SIM und LAB). Sie müssen in der angegebenen Reihenfolge absolviert werden. Gegenwärtig gibt es folgende Betreuer: Gegenwärtig gibt es folgende Versuchsanleitungen:
In den Anleitungen zur Versuchsvorbereitung der Laborversuche gibt es so genannte Vorbereitungsaufgaben. Die Lösungen dieser Vorbereitungsaufgaben und die Simulationsergebnisse des jeweils dazugehörenden Simulationsversuches sind zur Durchführung des Laborversuches erforderlich und deshalb ins Labor mitzubringen.

Wichtig sind noch die Laborordnung und die Hinweise zur Organisation des Praktikums:

Literatur

Software

Es ist möglich, die Aufgaben des Simulationspraktikums auch auf einem privaten Rechner mit der WIN9X/2k/XP-Software Max+Plus II zu lösen. Zur Freischaltung ist eine kostenlose Lizenzierung bei Altera erforderlich.
Dr. Frank Winkler
Dr. Manfred Günther
24.09.2009, 18:54:52

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