Entwurf digitaler Schaltungen

This undergraduate lecture introduces the fundamentals of the design of digital circuits. Topics include Boolean algebra, combinatorial circuits, arithmetic circuits, flip flops, sequential circuits, memory systems and computer architecture basics. The lecture is held in German.

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 und soll daher im ersten Semester absolviert werden. Diese Lehrveranstaltung findet im Winter- und Sommersemester mit wöchentlichen, 90-minütigen Vorlesungen statt. Die genaue Terminplanung entnehmen Sie bitte dem Campus-System der Universität.

Die Vorlesung ist in folgende 11 Kapitel gegliedert:

  1. Einführung in digitale Systeme
  2. Zahlendarstellung und Kodes
  3. Boolesche Algebra
  4. Kombinatorische Schaltungen (Schaltnetze)
  5. Schaltnetzminimierung
  6. Standardschaltnetze
  7. Arithmetische Schaltungen
  8. Sequentielle Schaltungen (Schaltwerke)
  9. Standardschaltwerke
  10. Speicher
  11. 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 zweistündiger Kurs (KU) und ein studentisches Tutorial (TU) ergänzen die Vorlesung und bieten Gelegenheit zur Vertiefung der in der Vorlesung behandelten Methoden. Weiters werden im Kurs einfache digitale Schaltungen mit Hilfe einer Simulationsumgebung entworfen und ihre Funktionsweise analysiert.

Unterlagen

Die Lehrgangsunterlagen auf dieser Website sind passwortgeschützt und beinhalten den Foliensatz und Übungsblätter für das Selbststudium. Im Zuge der Vorlesung werden einige Beispiele der Übungsblätter besprochen. Sie erhalten den Zugangscode zu Beginn der Lehrveranstaltung vom Vortragenden.

Dirk W. Hoffmann. Grundlagen der Technischen Informatik von Dirk W. Hoffmann (Hanser) dient als Lehrbuch. Einige Exemplare sind in der Bibliothek verfügbar. Im Kurs wird für einfache Schaltungssimulationen der Simulator Logisim verwendet. Die Software ist open-source und kann auf den Laptops der Studierenden installiert werden.

Prüfung

Die Prüfung erfolgt schriftlich (90 Minuten). Es werden drei Prüfungstermine pro Semester angeboten.

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

 6. Standardschaltnetze

 7. Arithmetische Schaltungen

 8. Sequentielle Schaltungen (Schaltwerke)

 9. Standardschaltwerke

 10. Speicher

 11. Mikroprozessor-Grundlagen