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Karteikarten
416
Studierende
22
Lernmaterialien
Gatter
- elektronische Bauteile, die verschiedene Funktionen binärer Signale realisieren
- bestehen aus einem oder mehreren MOSFETs
- MOSFETs werden als sehr schnelle „Schalter“ betrieben
- Grundlage der Hardware
digitale Schaltungen kennen nur 2 Werte
- 0 bis 0,8 Volt => Wert 0
- 2,4 bis 5 Volt => Wert 1
- andere Werte nicht zulässig
Boolesche Funktion
- beschreibt Kombinationen von Eingangsvariablen, die den Ausgangswert 1 liefern
Konventionen
- Strich über Eingangsvariable => invertierter Wert
- Multiplikation (AND-Funktion), Addition (OR-Funktion)
Realisierung mit einem Gatter-Typen
- boolesche Funktionen lassen sich mit nur einem Gattertyp realisieren (NAND, NOR)
Vorgehen
- Realisierung der Schaltung nach beschriebenem Verfahren (mit NOT-, AND-, OR-Gattern)
- Reduktion auf Gatter mit 2 Eingängen
- Beispiel: A + B + C + D => (A + B) + (C + D)
- NOT-, AND-, OR-Gatter durch äquivalente Schaltungen ersetzen
Integrierte Schaltungen (IC)
- Integrated Circuit
- Größe des eigentlichen Chips hängt von realisierten Gatterfunktionen ab
- Chips in Plastik- oder Keramikgehäuse untergebracht
- jeder Pin mit einem Eingang oder Ausgang eines Gatters verbunden
- unterschiedliche Gehäusetypen
- gebräuchlich vor allem: DIP, PGA und LGA
Schaltnetze
realisieren Funktion, die nur von den aktuellen Eingangssignalen abhängig ist
Carry-Ripple-Addierer
- „Addierer mit Übertragsweiterleitung“
- Zusammenschaltungen mehrere Volladdierer
- Übertrag wird jeweils zum nächsten Addierer weitergegeben
- letzter Addierer kann mit Arbeit erst beginnen, wenn alle Additionen abgeschlossen sind und Übertrag berechnet ist
Taktgeber
= Schaltung, die Impulsfolge mit genauer Impulsbreite und genauen Abständen zwischen Impulsen ausgibt
- digitale Schaltungen müssen zur Synchronisation der Ergebnisse getaktet werden
- verschiedene Frequenzen von einem Grundtakt abgeleitet
Taktzykluszeit = Intervall zwischen gleichen Flanken
- meist zwischen 100 MHz und 4 GHz
- entspricht Taktzyklen von 10 ns bis 250 ps
sekundäres Taktsignal
- innerhalb eines einzigen Taktzyklus können mehrere Ereignisse stattfinden
- falls Reihenfolge wichtig, muss Taktzyklus in Teilzyklen aufgeteilt werden
- Haupttakt wird verzögert, so dass sekundäres Taktsignal entsteht, das gegenüber Haupttakt phasenverschoben ist
Carry-Select-Addierer
- „Übertragsauswahladdierer“
- Addierer wird in „obere“ und „untere“ Hälfte geteilt, die je die Hälfte der Bits addieren
- obere Hälfte wird doppelt aufgebaut und arbeitet parallel (einmal mit Übertrag 0 und einmal mit Übertrag 1)
- die beiden oberen Hälften starten gleichzeitig mit unterer Hälfte
- entsprechend des Ergebnisses der unteren Hälfte (Übertrag 0 oder 1) wird die „richtige“ obere Hälfte ausgewählt
- Additionszeit halbiert sich
- Teilung kann beliebig fortgesetzt werden (Parallelisierung)
Multiplexer
- Selektionsschaltung
- wählt aus mehreren Eingangssignalen eines aus und schaltet es auf den Ausgang durch
besteht aus
- 2n Dateneingängen
- einem Datenausgang
- n Steuereingängen, die Datenausgang auswählen
Boolesche Algebra
- Variablen und Funktionen können nur die Werte 0 und 1 annehmen
- boolesche Funktion mit n Variablen hat 2n mögliche Kombinationen von
Eingabewerten
- boolesche Funktion lässt sich vollständig durch Tabelle mit 2n Zeilen beschreiben (sog. Wahrheitstabelle)
Decodierer
- übernimmt n-Bit-Zahl als Eingabe
- wählt entsprechend dieser Zahl genau einen von 2n Ausgängen
- d.h. Ausgang wird auf 1 gesetzt
- Anwendungsbeispiel: Auswahl von Speicher
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