Grundlagen Digitaler Systeme I (Wintersemester 2003/2004)

Dozent: Dr.-Ing. Ralf Wollowski

Allgemeine Information

• Semesterwochenstunden: 4
• ECTS: 6
• Benotet: Ja
• Einschreibefrist: 01.01.1970
• Lehrform:
• Belegungsart: Wahlpflichtmodul

Studiengänge

• IT-Systems Engineering BA

Beschreibung

Zweck der Vorlesungen Grundlagen digitaler Systeme (GdS) I und II ist die Vermittlung einer grundlegenden Vorstellung von der Funktionsweise digitaler Systeme, insbesondere (der Hardware) von Digitalrechnern. Das vermittelte Wissen befähigt, mit Fachleuten für digitale Systeme zusammenzuarbeiten, sowie - nach zusätzlicher Einarbeitung - kleinere Systeme zu spezifizieren und mit rechnergestützten Entwurfsmethoden zu entwerfen. Digitale Systeme sind Anwendungen der Digitaltechnik; GdS I vermittelt deren Grundlagen:

• Vorstellungswelt und Methodik der Digitaltechnik,
• Modelle (für Aufbau und Verhalten),
• grundlegende Schaltungsstrukturen,
• Spezifikations-, Entwurfs- und Analysemethoden.

Inhaltsübersicht GdS I:

1. Einführung: Einordnung der Digitaltechnik, Überblick an Beispielen.
2. Daten und Signale: Interpretation und Codierung; numerische und nichtnumerische Daten.
3. Schaltnetze
   • Zuordnermodell, Parallelverarbeitung
   • Schaltalgebra und Boolesche Algebra (u.a. Axiomatik, Dualität und Komplementarität)
   • Schaltfunktionen und Schaltnetze (Darstellungsformen, Strukturformeln, Gatterschaltnetze, Kontaktschaltnetze (MOS-Technik))
   • Formeldarstellbarkeit und Realisierbarkeit: Normalformen, Basissysteme, Entwicklungssatz; Normalform-Schaltnetze (aus Decodierer, ROM, Multiplexer)
   • Unvollständige Schaltfunktionen
   • Entwurf zweistufiger Gatterschaltnetze (Boolescher Raum, Kuben; (Bündel-) Minimierung; Realisierung mit programmierbaren Logikbausteinen)
   • Transientes Verhalten, Hasards und Hasardfehler
   • Komposition von Schaltnetzen (iterative Schaltnetze)
4. Schaltwerke
   • Prinzip der sequentiellen Informationsverarbeitung; Zustandsbegriff
   • Zentrales Verhaltensmodell: der endliche Automat (Mealy-, Moore-Typ)
   • Ungetaktete (asynchrone) Schaltwerke: Übersicht
   • Getaktete (synchrone) Schaltwerke: Taktungsprinzip, Speicherglieder (Flipflops), Analyse, Synthese
   • Realisierung mit Logikbausteinen

Voraussetzungen

Diese Veranstaltung wendet sich an Studentinnen und Studenten der Softwaresystemtechnik im ersten Semester. Es werden keine speziellen Kenntnisse vorausgesetzt; das Schulwissen genügt.

Literatur

• K. Steinbuch und W. Rupprecht: Nachrichtentechnik. Band III: Nachrichtenverarbeitung von S. Wendt. Springer, Berlin, 1982.
• H. M. Lipp: Grundlagen der Digitaltechnik. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 4. Auflage, München, 2002.
• U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer, 12. Auflage, Berlin, 2002.
• S. Wendt: Nichtphysikalische Grundlagen der Informationstechnik. Springer, 2. Auflage, Berlin, 1991.
• S. Muroga: Logic Design and Switching Theory. Wiley-Interscience, New York, 1979.

Lern- und Lehrformen

Vorlesung mit integriertem Übungsbetrieb

Leistungserfassung

Schriftliche Prüfung: eine 90-minütige Klausur

Termine

Vorlesung:

Dienstag, 13:30 - 15:00

Mittwoch, 11:00 - 12:30

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