Rechnerstrukturen: Verhaltensbeschreibung und Entwurfsebenen: Eine Einf�hrung f�r Elektrotechniker und Informatiker

by Klaus Lagemann

Overview

Dieses Buch isL als EinfOhrung in das GebieL der - sowie auf jeder Ebene geeigneLe Rechner- Rechnerstrukturen gedachL, und es wend.eL sich programme als Hilfsmittel einseLzL (CAD; zunachsL an InformaLiker und ElekLroLechniker, Computer Aided Oesign). die am Beginn ihres SLudiums sLehen. DarUber hinaus mag es aber auch eine Hilfe fOr SLu- Es zeichnet sich ab, daB nierarcniscne 6liede- denten oder Absolventen sein, die sich im Rah- rung und Einsatz I4Jn Recnnerprogrammen in men eines Nebenfachstudiums, wegen berufii- den EnLwicklungslaboratorien bald zur SelbsL- cher Anforderung oder einfach aus Neigung mit versLandlichkeit werden wird. Deshalb er- diesem Thema auseinanderseLzen wollen. scheinL es sinnvoll, diese beiden GesichLspunkte bereits in einer "EinfUhrung in das GebieL der Die Spannweite der Rechnerstrukturen von RechnersLrukLuren" hinreichend herauszusLel- kompleLLen Rechnern einerseiLs bis hin zur len. Realisierung durch mikroelekLronische Bauele- menLe andererseiLs isL ziemlich groB. Ver- Um einen Ansatz fOr eine nierarcniscne 6lie- gleichbare LiLeraLur bewalLigL die inhaltliche derung zu gewinnen, fOhrt KapiLell zunachst FUlle oft enLweder durch Spezialisierung auf einige Nacnricntenebenen ein. Jede dieser Ebe- ein TeilLhema oder durch Komprimieren auf nen isL charakterisierL durch die Form der Faktenvermittlung. Dieses Buch will dagegen Uber die Verbindungen ausgeLauschLen Nacn- vor all em die EntwurfSmetnoden in den Vor- ricnten. Auf der hochsten Ebene, hier genannt dergrund sLellen und dabei verdeutlichen, daB Hauptblockebene, erscheinen sie als komplexe sich gewisse Ubergreifende Aspekte wie z.B.

Product Details

ISBN-13:	9783540176183
Publisher:	Springer Berlin Heidelberg
Publication date:	07/10/1987
Edition description:	1987
Pages:	298
Product dimensions:	6.69(w) x 9.61(h) x 0.03(d)
Language:	German

Table of Contents

1. Nachrichtendarstellung und Nachrichtenebenen.- 1.1 Informationsverarbeitung.- 1.1.1 Weitergabe von Information durch Nachricht.- 1.1.2 Begriffe für digitale Nachrichten.- 1.1.3 Informationsverarbeitung mit einem Prozessor.- 1.1.4 Reale und virtuelle Prozessoren.- 1.1.5 Beispiel und Vertiefung.- 1.2 Binäre Nachrichten.- 1.2.1 Technische Realisierbarkeit von Binärwerten.- 1.2.2 Dualzahlen und Hexa-Notation.- 1.2.3 Elementare Verarbeitung von Dualzahlen.- 1.2.4 Einige Binärcodes.- 1.3 Entwerfen auf verschiedenen Nachrichtenebenen.- 1.3.1 Nachrichtenebenen.- 1.3.2 Funktionseinheiten: Unterschied von Verhalten und Struktur.- 1.3.3 Analyse und Synthese; Entwurfsregeln im Wechselspiel von Top-Down-und Bottom-Up-Methode.- 1.3.4 Textuelle Verhaltens- und Strukturbeschreibungen.- 2. Die Hauptblockebene.- 2.1 Struktur und Verhalten eines Rechners insgesamt.- 2.1.1 Die Rechnerstruktur als reale Funktionseinheit.- 2.1.2 Virtuelles Verhalten von Rechnern.- 2.1.3 Anmerkungen zu anderen Konzepten.- 2.2 Hauptblöcke als elementare Funktionseinheiten.- 2.2.1 Rechenwerk, Leitwerk, Hauptspeicher.- 2.2.2 Periphere Speicher.- 2.2.3 Eingabe- und Ausgabegeräte.- 3. Die Registertransferebene.- 3.1 Textuelle Verhaltens- und Strukturbeschreibungen.- 3.1.1 Weitere Ausdrucksmittel.- 3.1.2 Elementare Funktionseinheiten ohne Speicherverhalten.- 3.1.3 Funktionseinheiten für den Tristate-BUS.- 3.1.4 Elementare Funktionseinheiten mit Speicherverhalten.- 3.1.5 Modellierung offener Eingänge.- 3.1.6 Struktur und Verhalten beim Registertransfer.- 3.2 Programmablage im Hauptspeicher.- 3.2.1 Der Hauptspeicher auf Registertransferebene.- 3.2.2 Ein PASCAL-Program m im Hauptspeicher.- 3.2.3 Das Maschinenprogramm im Hauptspeicher.- 3.3 Maschinenprogramm und Architektur.- 3.3.1 Befehlsformat und Befehlswirkung.- 3.3.2 Die Architektur von DEMOCOM1.- 3.3.3 “Befehl holen” und “Befehl ausführen”.- 3.3.4 Die Abwicklung des Maschinenprogramms.- 3.4 Ein verbesserter Rechner: DEMOCOM2.- 3.4.1 Mängel von DEMOCOM1 und die Architektur von DEMOCOM2.- 3.4.2 Befehlsformat 1: Eineinhalb-Adreß-Befehle; Adressierungsarten.- 3.4.3 Weitere Befehlsformate.- 3.4.4 Eine Verhaltensbeschreibung für das Steuerwerk.- 3.4.5 Zu den Entwurfsentscheidungen bei DEMOCOM 2.- 4. Die Schaltwerkebene.- 4.1 Schaltnetze.- 4.1.1 Schaltfunktionen für Verhaltensbeschreibungen.- 4.1.2 Schaltfunktionen für elementare Funktionseinheiten.- 4.1.3 Schaltalgebraische Ausdrücke.- 4.1.4 Minterme, Maxterme, Hauptsatz der Schaltalgebra.- 4.1.5 Schaltnetzentwurf mit Hilfe des KV-Diagramms.- 4.1.6 Unvollständig spezifizierte Schaltfunktionen.- 4.1.7 Funktionsbündel.- 4.1.8 Verhaltensbeschreibung durch kompakte Funktionstabellen.- 4.1.9 Andere Basismengen; speziell NAND- und NOR-Netze.- 4.1.10 Kontaktnetze und WIRED-DOT.- 4.1.11 Textuelle Verhaltens- und Strukturbeschreibungen.- 4.2 Getaktete Schaltwerke.- 4.2.1 Schaltwerkmodelle.- 4.2.2 Verhaltensbeschreibung von Zeitgliedern in getakteten Schaltwerken.- 4.2.3 Zeitglieder in getakteten Schaltwerken.- 4.2.4 Entwurf getakteter Schaltwerke.- 4.2.5 Zeitrasterung bei Mealy- und Moore-Modellen.- 4.3 Nicht-getaktete Schaltwerke.- 4.3.1 Analyse und Darstellungsmittel.- 4.3.2 Nicht-getaktete Zeitglieder; Hasards.- 4.3.3 Entwurf nicht-getakteter Schaltwerke 118.- 4.3.4 Flipflops.- 4.4 Spezielle Schaltnetze und Schaltwerke.- 4.4.1 Hinweise zum Entwurfsvorgang am Beispiel einfacher regulärer Schaltnetze.- 4.4.2 Schaltnetze für einfache ALU-Funktionen.- 4.4.3 Register und Zähler.- 4.4.4 Datenwege und Tore.- 4.4.5 Schreib-Lese-Speicher: RAM, CAM.- 4.4.6 Festwertspeicher: ROM, PLA, PAL.- 4.4.7 DEMOCOM 2 auf Schaltwerkebene.- 4.5 Komplexe Schaltwerke und Mikroprogrammierung.- 4.5.1 Die Kopplung von Schaltwerken.- 4.5.2 Schema eines ROM-Steuerwerks für DEMOCOM 2.- 4.5.3 Struktur eines mikroprogrammierten Steuerwerks für DEMOCOM 2.- 4.5.4 Feinstrukturen zur Adreßbildung.- 4.5.5 Optimierungsmöglichkeiten.- 4.5.6 Textuelle Beschreibung und virtuelles Verhalten mikroprogrammierter Steuerwerke.- 5. Die Ebene der elektrischen Schaltungen.- 5.1 Netze aus linearen zeitunabhängigen Zweipolen.- 5.1.1 Strom-Spannungs-Beziehungen am Widerstand.- 5.1.2 Reihen- und Parallelschaltungen.- 5.1.3 Größen und Maßeinheiten.- 5.1.4 Leistung und Energie; Richtungen.- 5.1.5 Kirchhoffsche Gesetze und systematische Netzanalyse.- 5.1.6 Ersatzzweipole, Verhaltens- und Strukturbeschreibungen.- 5.1.7 Zur Synthese von Netzen.- 5.1.8 Zur Realisierbarkeit von Schaltnetzen.- 5.2 Netze mit zeitabhängigen linearen Zweipolen.- 5.2.1 Kondensator und Kapazität.- 5.2.2 Spule und Induktivität.- 5.2.3 Der Reihenschwingkreis.- 5.2.4 Sinus-Wechselspannungen und -ströme.- 5.2.5 Netze mit komplexen Widerständen.- 5.2.6 Quellen für beliebige periodische Funktionen.- 5.2.7 Verhaltens- und Strukturbeschreibungen.- 5.2.8 Synthese von Netzen.- 5.3 Lineare passive Zweitore.- 5.3.1 Zweitor im Sender- Empfänger- Modell.- 5.3.2 Verhaltensbeschreibung für Zweitore.- 5.3.3 Varianten der Zweitorgleichungen.- 5.3.4 Strukturen aus Zweitoren.- 5.3.5 Wirkungsrichtung bei Zweitoren.- 5.4 Nichtlineare passive Zweipole; Halbleiterdioden.- 5.4.1 Nichtlineare passive Zweipole.- 5.4.2 Verknüpfungsglieder mit nichtlinearen passiven Zweipolen.- 5.4.3 Halbleiterdioden.- 5.4.4 Spezialdioden.- 5.5 Bipolar-Transistoren.- 5.5.1 Gedankenexperimente mit gesteuerten Quellen.- 5.5.2 Der ideale Bipolar-Transistor in Basisschaltung.- 5.5.3 Der ideale Transistor in Emitterschaltung.- 5.5.4 Der ideale Transistor als Spannungsschalter.- 5.5.5 Zum Zeitverhalten des Spannungsschalters.- 5.5.6 Anmerkungen zum realen Transistor.- 5.5.7 Realisierungen von Verknüpfungsgliedern mit dem Prinzip des Spannungsschalters.- 5.5.8 Das Prinzip des Stromschalters.- 5.5.9 Textuelle Beschreibungen.- 5.6 Feldeffekt-Transistoren.- 5.6.1 Strom- Spannungs-Beziehungen für MOS-Transistoren.- 5.6.2 Gleichstromverhalten von Verknüpfungsgliedern.- 5.6.3 Zeitverhalten und dynamische Technik.- 5.6.4 Hinweise zum Demonstrationsrechner DEMOCOM 2.- 5.6.5 CMOS-Schaltungen.- 5.7 Integrierte Schaltungen.- 5.7.1 Herstellung integrierter Schaltungen durch den Planarprozeß.- 5.7.2 Der Anstieg des Integrationsgrades.- 5.7.3 Standardschaltungen.- 5.7.4 Die Lösung des Stückzahlenproblems durch Mikroprozessoren oder Semi-Kundenschaltungen.- 5.7.5 Entwerfen und Testen als wesentliche Zukunftsprobleme.