
Grundlagen der Technischen Informatik
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Content
- Intro
- Vorwort
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Einführung
- 1.1 Was ist technische Informatik?
- 1.2 Vom Abakus zum Supercomputer
- 1.3 Wohin geht die Reise?
- 2 Halbleitertechnik
- 2.1 Halbleiter
- 2.1.1 Atommodell von Bohr
- 2.1.2 Reine Halbleiter
- 2.1.3 Dotierte Halbleiter
- 2.2 Integrierte Schaltelemente
- 2.2.1 Halbleiterdioden
- 2.2.2 Bipolartransistoren
- 2.2.3 Feldeffekttransistoren
- 2.3 Chip-Fertigung
- 2.3.1 Produktion integrierter Schaltkreise
- 2.3.2 Integrationsdichte
- 2.4 Übungsaufgaben
- 3 Zahlendarstellung und Codes
- 3.1 Zahlensysteme
- 3.2 Rechnerinterne Zahlenformate
- 3.2.1 Darstellung natürlicher Zahlen
- 3.2.2 Darstellung rationaler Zahlen
- 3.3 Zahlencodes
- 3.3.1 Tetraden-Codes
- 3.3.2 Fehlererkennende Codes
- 3.4 Übungsaufgaben
- 4 Boolesche Algebra
- 4.1 Axiomatisierung nach Huntington
- 4.1.1 Mengenalgebra
- 4.1.2 Schaltalgebra
- 4.2 Boolesche Ausdrücke und Aussagen
- 4.2.1 Abgeleitete Operatoren
- 4.2.2 Erfüllbarkeit und Äquivalenz
- 4.2.3 Strukturelle Induktion
- 4.2.4 Dualitätsprinzip
- 4.3 Rechnen in booleschen Algebren
- 4.3.1 Abgeleitete Umformungsregeln
- 4.3.2 Vereinfachung boolescher Ausdrücke
- 4.3.3 Vollständige Operatorensysteme
- 4.4 Normalformdarstellungen
- 4.4.1 Konjunktive und disjunktive Normalform
- 4.4.2 Reed-Muller-Normalform
- 4.4.3 Binäre Entscheidungsdiagramme
- 4.5 Übungsaufgaben
- 5 Schaltnetze
- 5.1 Grundlagen der Digitaltechnik
- 5.1.1 Schaltkreisfamilien
- 5.1.2 MOS-Schaltungstechnik
- 5.1.3 Lastfaktoren
- 5.2 Schaltungssynthese
- 5.2.1 Zweistufige Schaltungssynthese
- 5.2.2 BDD-basierte Schaltungssynthese
- 5.2.3 FDD-basierte Schaltungssynthese
- 5.3 Formelsynthese
- 5.3.1 Funktionale Formelsynthese
- 5.3.2 Relationale Formelsynthese
- 5.3.3 Definitorische Formelsynthese
- 5.4 Komplexitätsanalyse
- 5.5 Zeitverhalten digitaler Schaltungen
- 5.5.1 Signalausbreitung und -verzögerung
- 5.5.2 Störimpulse
- 5.6 Übungsaufgaben
- 6 Minimierung
- 6.1 Minimierungsziele
- 6.2 Karnaugh-Veitch-Diagramme
- 6.2.1 Minimierung partiell definierter Funktionen
- 6.2.2 Konstruktion Hazard-freier Schaltungen
- 6.2.3 Minimierung mehrstelliger Funktionen
- 6.3 Quine-McCluskey-Verfahren
- 6.4 Übungsaufgaben
- 7 Standardschaltnetze
- 7.1 Motivation
- 7.2 Multiplexer und Demultiplexer
- 7.3 Komparatoren
- 7.4 Präfix-Logik
- 7.5 Addierer
- 7.5.1 Halb- und Volladdierer
- 7.5.2 Carry-ripple-Addierer
- 7.5.3 Carry-look-ahead-Addierer
- 7.5.4 Conditional-Sum-Addierer
- 7.5.5 Präfix-Addierer
- 7.5.6 Carry-save-Addierer
- 7.6 Inkrementierer
- 7.7 Subtrahierer
- 7.8 Multiplizierer
- 7.8.1 Matrixmultiplizierer
- 7.8.2 Carry-save-Multiplizierer
- 7.8.3 Wallace-Tree-Multiplizierer
- 7.8.4 Dadda-Tree-Multiplizierer
- 7.9 Barrel-Shifter
- 7.10 Arithmetisch-logische Einheit
- 7.11 Programmierbare Logikbausteine
- 7.12 Übungsaufgaben
- 8 Schaltwerke
- 8.1 Digitale Speicherelemente
- 8.1.1 Asynchrone Speicherelemente
- 8.1.2 Taktzustandsgesteuerte Speicherelemente
- 8.1.3 Taktflankengesteuerte Speicherelemente
- 8.1.4 Bevorrechtigte Eingänge
- 8.1.5 CMOS-Implementierung
- 8.2 Vom Flipflop zum Schaltwerk
- 8.2.1 Endliche Automaten
- 8.2.2 Schaltwerksynthese
- 8.3 Übungsaufgaben
- 9 Standardschaltwerke
- 9.1 Register
- 9.1.1 Auffangregister
- 9.1.2 Schieberegister
- 9.1.3 Universalregister
- 9.1.4 Akkumulatoren
- 9.2 Zähler
- 9.2.1 Synchrone Binärzähler
- 9.2.2 Asynchrone Binärzähler
- 9.2.3 Mischzähler
- 9.2.4 Instruktionszähler
- 9.3 Hauptspeicher
- 9.3.1 SRAM-Speicher
- 9.3.2 DRAM-Speicher
- 9.3.3 Fehlererkennung und -korrektur
- 9.4 Übungsaufgaben
- 10 Register-Transfer-Entwurf
- 10.1 Entwurf komplexer Systeme
- 10.1.1 Operationswerksynthese
- 10.1.2 Steuerwerksynthese
- 10.2 Mikroprogrammierung
- 10.3 Übungsaufgaben
- 11 Mikroprozessortechnik
- 11.1 Elemente eines Mikrorechners
- 11.1.1 Von-Neumann-Architektur
- 11.1.2 Aufbau der CPU
- 11.2 Ein einfacher Modellprozessor
- 11.3 Übungsaufgaben
- 12 Rechnerstrukturen
- 12.1 Rechnerklassifikation nach Flynn
- 12.2 Instruktionsarchitekturen
- 12.2.1 CISC-Prozessoren
- 12.2.2 RISC-Prozessoren
- 12.3 Methoden zur Leistungssteigerung
- 12.3.1 Pipelining
- 12.3.2 Cache-Speicher
- 12.4 Leistungsbewertung
- 12.4.1 Maßzahlen zur Leistungsbewertung
- 12.4.2 Benchmarks
- 12.5 Übungsaufgaben
- A Notationsverzeichnis
- B Abkürzungsverzeichnis
- C Glossar
- Literaturverzeichnis
- Namensverzeichnis
- Sachwortverzeichnis
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