Technische Informatik 2 - Digitaltechnik

NUMMER: 141304
KÜRZEL: TI2
DOZENT: Prof. Dr.-Ing. Jür­gen Oehm
FAKULTÄT: Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
SPRACHE: Deutsch
SWS: 4 SWS
CREDITS: 5 CP
WORKLOAD: 150 h
ANGEBOTEN IM: jedes Sommersemester

INFOS

Digitaltechnik – Vorlesung (2 SWS)
Digitaltechnik – Übung (2 SWS)


PRÜFUNGUNGSFORM

Schriftliche Modulabschlussprüfung über 120 Minuten


LERNFORM

Vorlesung (als Folien und Tafelvortrag) und Übungen, bei denen die vorgestellten Konzepte und Techniken praktisch umgesetzt werden, teilweise mit Rechnerübungen.


LERNZIELE

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls

haben die Studierenden umfassende Kenntnisse in den folgenden Bereichen erworben: Boolesche Algebra, Struktur und Funktionalität digitaler Grund-schaltungen, Kostenoptimierung digitaler Funktionsgruppen, Techniken zur taktsynchronen Verarbeitung von Daten, Kodierung und Verarbeitung von Daten, Struktur und Funktionalität solcher Grundfunktionalitäten, die insbesondere zentrale Bestandteile in Mikroprozessorarchitekturen und deren Umgebung sind
verstehen die Studierenden die schaltungstechnischen Möglichkeiten und Grenzen moderner CMOS-Logikstrukturen, die als Richtlinien für den Wissenstransfair dienen
können die Studierenden die aktuellen Entwicklungstrends in einer sich rasant entwickelnden digitalen Anwendungswelt besser verstehen und analysieren
sind die Stu­die­ren­den in der Lage, zu­künf­ti­ge Ent­wick­lun­gen in den In­te­gra­ti­ons­tech­no­lo­gi­en und damit in der Di­git­al­tech­nik selbst be­züg­lich ihrer Mög­lich­kei­ten und Gren­zen ein­zu­schät­zen


INHALT

Die Lehrveranstaltung gibt einen systematischen Überblick über die folgenden Themengebiete:

Historischer Rückblick und Motivation
Boolesche Algebra, minimale Schaltungen auf Basis von NAND und NOR
Gatterlaufzeiten, Timing-Analyse, kritischer Pfad
Zahlensysteme, Zahlenkodierungen, Fehlererkennung und Korrektur, Fest- und Fließkommadarstellungen
Rechenschaltungen, arithmetisch logische Einheit (ALU),
Flankendetektoren, bi-, mono- und astabile Schaltungen, transparente und nicht-transparente Flip-Flops (FF)
Frequenzteiler, Zahler (asynchron, synchron), Automaten, Schieberegister
Speicher: S-RAM, D-RAM, ROM, … (Aufbau und Organisationsformen)
taktsynchrone Techniken zur Datenverarbeitung
ALU in Umgebungen zur Mikroprogrammierung
Konzepte zur serielle Datenübertragung
Grundlagenidee von A/D- und D/A-Wandlern
Konzept: skalierbare Standard-Logik-Zellen, CMOS-Logik
Übersicht: Logikanalyse, Tools zur Logikanalyse, HDL Entwurfssprachen
Mooresches Gesetz


VORAUSSETZUNGEN

keine


VORAUSSETZUNGEN CREDITS

Bestandene Modulabschlussprüfung und erfolgreiche Teilnahme an den Übungen


EMPFOHLENE VORKENNTNISSE

Inhalte des Moduls Mathematik 1 – Grundlagen. Vorausgesetzt wird ein generelles Interesse an technischen Systemen, die Fähigkeit zu strukturieren, algorithmischem Denken sowie die Fähigkeit zum Erfassen von komplexen Abhängigkeiten und Interaktionsmustern.


LITERATUR

1. P. Peter: „Digitaltechnik I. Grundlagen, Entwurf, Schaltungen“, Hüthig Verlag
2. F. Klaus: „Digitaltechnik Lehr- und Übungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker“, Vieweg Verlag
3. J. Becker und HM. Lipp: „Grundlagen der Digitaltechnik“, Oldenbourg Verlag


Technical Computer Science 2 - Digital Technology

NUMMER: 141304 KÜRZEL: TI2 DOZENT: Prof. Dr.-Ing. Jür­gen Oehm FAKULTÄT: Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik SPRACHE: German SWS: 4 SWS CREDITS: 5 CP WORKLOAD: 150 h ANGEBOTEN IM: each summer semester

INFOS

Digitaltechnik – Lecture (2 SWS)
Digitaltechnik – Exercise (2 SWS)


PRÜFUNGUNGSFORM

Written final exam of 120 minutes


LERNFORM

Lecture (as slides and blackboard) and exercises in which the concepts and techniques presented are implemented in practice, some with computer exercises.


LERNZIELE

After successfully completing the module
- the students have acquired extensive knowledge in the following areas: Boolean algebra, structure and functionality of digital basic circuits, cost optimization of digital functional groups, techniques for synchronous processing of data, coding and processing of data, structure and functionality of such basic functionalities, which in particular are central components in microprocessor architectures and their environment
- the students understand the circuitry possibilities and limits of modern CMOS logic structures, which serve as guidelines for knowledge transfer
- the students can better understand and analyze the current development trends in a rapidly developing digital application world
- the students are able to undertake future developments in integrations, technologies and thus in digital technology itself with regard to its possibilities and limits to be assessed


INHALT

The course gives a systematic overview of the following topics:
- Historical review and motivation
- Boolean algebra, minimal circuits based on NAND and NOR
- Gate delays, timing analysis, critical path
- Number systems, number encodings, error detection and correction, fixed and floating point representations
- computing circuits, arithmetic logic unit (ALU),
- Edge detectors, bi-, monostable and astable circuits, transparent and non-transparent flip-flops (FF)
- Frequency divider, counter (asynchronous, synchronous), automatons, shift registers
- Memory: S-RAM, D-RAM, ROM, ... (structure and organizational forms)
- synchronous data processing techniques
- ALU in micro-programming environments
- 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's law


VORAUSSETZUNGEN

None


VORAUSSETZUNGEN CREDITS

Passed final module examination and successful participation in the exercises


EMPFOHLENE VORKENNTNISSE

Contents of the module Mathematics 1 - Basics. A general interest in technical systems, the ability to structure, algorithmic thinking and the ability to grasp complex dependencies and interaction patterns are required.


LITERATUR

1. P. Peter: „Digitaltechnik I. Grundlagen, Entwurf, Schaltungen“, Hüthig Verlag
2. F. Klaus: „Digitaltechnik Lehr- und Übungsbuch für Elektrotechniker und Informatiker“,
Vieweg Verlag
3. J. Becker und HM. Lipp: „Grundlagen der Digitaltechnik“, Oldenbourg Verlag