Übersicht - Digitale Systeme

Lehrender: Prof. Dr. D. Timmermann
Semester: Sommer-Semester
SWS: 3 Vorlesungen, 2 Übungen
LP: 6
Prüfung: 90 min Klausur
Voraussetzungen: keine
Sprache: deutsch
Systemnummer: 1300830
LSF-Nummer: 23004

Inhalt

  1. Darstellung von Zahlen
    - Informationsdarstellung und Zahlensysteme
    - Binäre Arithmetik, Gleitkommadarstellung
    - Codes, Fehlererkennung und –korrektur
  2. Boolesche Algebra
    - Rechenregeln und Theoreme
    - Analyse und Synthese kombinatorischer Logik
    - Karnaugh-Diagramm
  3. Kombinatorische Logik
    - Logische Signale
    - Dekoder, Encoder, (De-)Multiplexer
    - Addierer, Subtrahierer, Multiplizierer
  4. Sequentielle Logik
    - Latches und Flip-Flops
    - Register, Schieberegister, Zähler und Synchrone Zustandsmaschinen
    - Moore/Mealy-Automat
  5. Digitale Logik und Verzögerungszeiten
    - Kenngrößen und Analyse
    - Hazards, Glitches, Races
    - Puffern und Verteilen des Taktsignals
  6. Mikroprozessoren
    - Struktur eines einfachen Prozessors, Programmiermodell
    - Befehlszyklus, Befehlsformate, Befehlsgruppen
    - Adressierungsarten, Speicherorganisation
  7. Aufbau Mikroprozessor
    - Von Neumann vs. modifizierter Harvard vs. Harvard
    - Mikro- vs. Signalprozessor vs. Signalcontroller
    - Mikroprogrammiertes Steuerwerk, Rechen- und Operationswerk
  8. Bussysteme
    - Interne und externe Bussystem eines Mikroprozessors
    - Synchroner, halbsynchroner, asynchroner Systembus
    - Buszuteilung, Peripherieadressierung
  9. Interrupttechnik
    - (A)synchrone Ereignisse, HW-/SW Interrupts, Prioritäten
    - Interrupt-Controller, -Vektortabelle und -Service-Routine
    - Behandlung und Ablauf von Interrupts
  10. Aufbau und Organisation des Arbeitsspeichers
    - Zugriffsschema
    - Speicherbänke
    - Dynamic bus sizing
  11. Speicherbausteine
    - Typen und Hierarchie
    - Prinzipieller Aufbau und Auswahl eines Speicherelements
    - Aufbau und Unterschiede SRAM / DRAM / VideoRAM  / ROM-Typen
  12. Adresszuteilung
    - Memory Map
    - Adresszuteilung mit Dekoder und PROMs
    - Direct Memory Access (DMA)
  13. Cache
    - Inhalts- vs. ortsadressierbare Speicher
    - Cache-Strategien
    - Cache-Architekturen
  14. Virtueller Speicher
    - Segmente vs. Pages
    - Einstufige vs. mehrstufufige Adressumsetzung
    - Memory Management Unit (MMU)
  15. Festspeicher
    - Magnetische Aufzeichnungsverfahren FM, MFM, RLL, EPRML
    - Fehlererkennung und -korrektur, RAID
    - Optische Datenträger
  16. Digitale Signalverarbeitung
    - ADC, DAC, Alias und Nyquisttheorem
    - Verarbeitungsschritte, TP-Filter, S&H, Quantisierung
    - ADC- und DAC-Typen
  17. Electronic System Design
    - Verfügbare Sprachen und abgedeckte Abstraktionsebenen
    - Verifikation
    - TLM vs. RTL

Literatur

Wakerly: Digital Design Principles & Practices, 4. Auflage, Prentice Hall, 2005
Breeding: Digital Design Fundamentals, 2. Auflage, Prentice Hall, 1997
Hoffmann: Grundlagen der Technischen Informatik, Hanser, 2007
Flik, Liebig: Mikroprozessortechnik, 6. Auflage, Springer Verlag, 2001
Bähring: Mikrorechner-Technik, Springer Verlag, 2002
Tanenbaum: Structured Computer Organization, 5. Auflage, Prentice Hall, 2006

Links

  • Vorlesung EECS150 - Components and Design Techniques for  Digital Systems, UCB
  • Vorlesung EECS152 - Computer Architecture and Engineering, UCB
  • Vorlesung 6.004 - Computation Structures, MIT
  • Vorlesung 6.033 - Computer Systems Engineering, MIT
  • Vorlesung 6.111 - Introductory Digital Systems Laboratory, MIT
  • Vorlesung 6.823 - Computer Systems Architecture, MIT
  • Vorlesung EE108a - Digital Systems I, Stanford
  • Vorlesung EE108b - Digital Systems II, Stanford
  • Vorlesung EE282 - Computer Systems Architecture, Stanford
  • Vorlesung EET3350 - Digital Systems Design, UToledo
  • Vorlesung E85 - Digital Design & Computer Architecture, HMC
  • Vorlesung CMPE 310 - Systems Design and Programming, UMBC
  • Vorlesung 18-447 - Introduction to Computer Architecture, CMI

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LSF-Server

Materialien zur Vorlesung und Übung

Vorlesungen: Prof. Dr. D. Timmermann

  • Die aktuellen Folien werden immer rechtzeitig vor der Veranstaltung auf Stud.IP bereitgestellt und sollten in der Vorlesung ausgedruckt vorliegen.
  • Bitte tragen Sie sich dort in die Veranstaltung Digitale Systeme ein.

Übungen: M.Sc. Hannes Raddatz, M.Sc. Henning Puttnies

  • Das aktuelle Übungsmaterial wird immer rechtzeitig vor der Veranstaltung auf Stud.IP zur Verfügung gestellt.
  • Bitte tragen Sie sich dort in die Veranstaltungen Digitale Systeme ein.

Mit Fragen wenden Sie sich bitte direkt an den/die verantwortlichen Mitarbeiter.

Links

Einige Links zu frei verfügbaren Tools zur Entwicklung digitaler Systeme:

  • XILINX Vivado, ein komplettes (und komplexes) Hardware-Entwicklungssystem für die Digitaltechnik, von Simulation bis zur Implementierung in XILINX-Bausteinen
  • Spice Schaltkreissimulator, analog und digital
  • Online Schaltungseditor und -simulator CircuitLab