Schaltungen der Datenverarbeitung

Dieses Buch ist aus einigen Kurseinheiten eines Fernstudienkurses zur Technischen Informatik an der Fernuniversitiit Hagen sowie aus mehreren Vorlesungen an der Technischen UniversWit Berlin und der Universitiit Dortmund hervorgegangen. Es behandelt die wichtigsten integrierten Schaltkreisfamilien, ihren Einsatz und ihre Anwendungen in dem Bereich der Schaltungen der Datenverarbeitung. Weiterhin werden die Organisation eines Mikroprozessors exemplarisch besprochen und die zur Mikroprogrammierung erforderlichen Halbleiterbausteine und ihre Schaltungsprinzipien dargestellt. Die Schaltungstechnik im Bereich der Datenverarbeitung hat durch die EinfUhrung der groBinte grierten Schaltungen und Speicherbausteine in den letzten Jahren wesentliche Impulse erhalten. Hierzu haben die heute verfligbaren Mikroprozessoren ebenso beigetragehwie die Halbleiterspeicher hoher SpeicherkapazWit und die programmierbaren logischen Anordnungen.'(PLA's). -.'J~ . . Die Entwicklung zu immer universeller einsetzbaren Schaltungen wurde erst durch dj(;'GroBin- gration ermoglicht. Die Moglichkeiten der GroBintegration haben daher in starkem MaBe auch die Hardwaretechnik beeinfluBt. Das Spektrum der Schaltungstechnik im Bereich der Datenverarbei tung reicht heute von den integrierten Schaltkreisfamilien, den Arithrnetisch-Logischen Einheiten, tiber die Halbleiterspeicher bis hin zu den programmgesteuerten Schaltwerken. Die Zukunft wird jedoch den programmgesteuerten Konzepten gehoren. Mikroprogrammierbare Steuerungen auf der Basis von Mikroprozessoren oder als mikroprogram mierbare Schaltwerke auf der Basis von Halbleiterspeichern haben den Vorteil, daB Xnderungen in der Aufgabenstellung durch Anderung der Anwenderprogramme relativ einfach berticksichtigt werden konnen. Das mikroprograrurnierbare Steuerwerk wurde bereits 1951 von Wilkes angegeben. Jedoch erst mittels der heute zur Verfugung stehenden Halbleiterspeicher mit ihrer hohen Speicherkapazitiit und der Moglichkeit des Umprogrammierens wurde diese Form einer Steuerwerksrealisierung allgemeinen Anwendungsfallen zuganglich.

1 Technische Realisierung der logischen Funktionen. - 1. 1 Positive und Negative Logik. - 1. 2 Logische Grundschaltungen. - 2 Integrierte digitale Schaltkreisfamilien. - 2. 1 Integrierte Schaltungen. - 3 Großintegration. - 3. 1 Die Integrierte Injektions-Logik (I2L). - 3. 2 Die MOS-Technik. - 3. 3 Zusammenfassung. - 4 Flipflops und Zähler. - 4. 1 Einleitung. - 4. 2 Flipflops. - 4. 3 Zähler. - 4. 4 Zusammenfassung. - 5 Arithmetisch-Logische Einheiten. - 5. 1 Addition und Subtraktion von Dualzahlen. - 5. 2 Multiplikation von Dualzahlen. - 5. 3 Division von Dualzahlen. - 5. 4 Organisatorische Operationen. - 5. 5 Zusammenfassung. - 6 Codierer und Datenwegschaltungen. - 6. 1 Binäre Codierschaltnetze. - 6. 2 Datenwegschaltungen. - 7 Realisierungskonzepte für digitale Steuerwerke. - 7. 1 Das festverdrahtete Steuerwerk. - 7. 2 Das Steuerwerk auf der Basis von programmierbaren logischen Einheiten (PLA). - 7. 3 Das Steuerwerk auf der Basis von Halbleiterspeichern. - 7. 4 Das Steuerwerk auf der Basis von Mikroprozessoren. - 7. 5 Zusammenfassung. - 8 Halbleiterspeicher. - 8. 1 Ortsadressierbare Speicher. - 8. 2 Inhaltsadressierbare Speicher. - 8. 3 Zusammenfassung. - 9 Mikroprogrammierte Schaltwerke. - 9. 1 Synchrone Schaltwerke. - 9. 2 Zusammenhang zwischen festverdrahteten Steuerwerken aus Logikgattern und mikroprogrammierten Steuerwerken. - 9. 3 Methoden der Folgeadreßerzeugung. - 9. 4 Methoden der Steuerwortauswertung. - 9. 5 Der Zeitablauf im synchronen Mikroprogrammsteuerwerk. - 9. 6 Mikroprogrammierbarer Rechner. - 9. 7 Zusammenfassung. - 10 Struktur und Organisation eines Mikroprozessors. - 10. 1 Einleitung. - 10. 2 Die Struktur eines Mikroprozessors. - 10. 3 Das Konzept eines Mikroprozessors. - 10. 4 Der mikroprogrammierbare und der nicht-mikroprogrammierbare Mikroprozessor. - 10. 5 Bidirektionale Datenbussysteme. - 10. 6 Register für besondereFunktionen. - 10. 7 Befehlstabelle für einen Mikroprozessor. - 10. 8 Zusammenfassung. - 11 Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzung. - 11. 1 Einleitung. - 11. 2 Umsetzer-Codes. - 11. 3 Auflösung und Umsetzgeschwindigkeit. - 11. 4 Theorie zur Digital/Analog-und Analog/Digital-Umsetzung. - 11. 5 Parameter der Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzer. - 11. 6 Konzepte zur Digital/Analog-Umsetzung. - 11. 7 Konzepte zur Analog/Digital-Umsetzung. - 11. 8 Aufbau eines analogen Meßsystems. - 11. 9 Zusammenfassung. - 12 Beispiel zur Regelung eines chemischen Prozesses. - Übungsaufgaben. - Lösungen der Übungsaufgaben.