Digitaltechnik

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Umfang5 SWS
SemesterWintersemester 2021/22
UnterrichtsspracheDeutsch

Termine

Teilnahmekriterien

Lernziele

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, grundlegende Schaltungskonzepte digitaler Logik und Funktionsblöcke zu verstehen, ihr Zusammenspiel zu analysieren, Funktionalität zu bewerten und einfache Blöcke selbst zu entwickeln. Leistungsoptimierte Realisierungen mehrstufiger kombinatorischer Logikblöcke sowie von endlichen Automaten (FSMs) können anhand der Entwurfsprinzipien Fließband- und Parallelverarbeitung hergeleitet, bewertet und entwickelt werden.Ferner erwerben die Studierenden ein Grundverständnis der Funktionsweise von MOS-Transistoren und deren Anwendung in CMOS Schaltungen.

Beschreibung

Grundlagen digitaler Informationsdarstellung, Verarbeitung und Speicherung: Basismodell für funktionales Verhalten von MOSFET Transistoren, Stromgleichungen, Verzögerungszeit und dynamischer Verlustleistung. Schaltungstechnische Realisierung von arithmetischen Rechenoperationen (Addition, Subtraktion, Multiplikation) sowie die Synthese von zwei- und mehrstufigen kombinatorischen Verknüpfungen (Konjunktion, Disjunktion, Negation) und sequentiellen Schaltwerken aus elementaren Basiskomponenten (Logikgatter, Register, MOSFET Transistoren). Logikoptimierung von kombinatorischen Schaltnetzen. Techniken zur Verbesserung des Informationsdurchsatzes getakteter, sequentieller Schaltwerke mittels Fließband- und Parallelverarbeitung. Rolle und Aufbau endlicher Automaten (Finite State Machines) als Steuer- bzw. Kontrolleinheiten vielfältiger praktischer Anwendungen. Grundlagen des methodischen Tests von Schaltungen: Fehlerdiagnose, Herleitung von Fehlerüberdeckungstabellen, Testbestimmung in kombinatorischen Schaltnetzen und sequentiellen Schaltwerken. Neben diesen funktionalen Aspekten digitaler Schaltungstechnik werden auch die Ursachen und Grenzen der Leistungsfähigkeit, des Zeitverhaltens, des Energiebedarfs sowie der wirtschaftlichen Aspekte digitaler CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Technologien im Kontext von Kommunikations- und Informationstechnologie (IKT) vermittelt.

Lehr- und Lernmethoden

In den Vorlesungen werden die technischen Inhalte mittels Vortrag und PowerPoint Präsentation eingeführt und unmittelbar anhand kleinerer Rechenbeispielen oder Herleitungen, die mit Hand in die PowerPoint Folien hineineditiert werden, veranschaulicht. Dieses Material wir über Moodle den Studierenden verfügbar gemacht. Zudem werden Studierende aktiv zu Fragen animiert, was auch rege aufgenommen wird. Zentralübung und Tutorübungen erfolgen ebenfalls mit Tablet- und Tafelanschrift und vertiefen zusätzlich die Vorlesungsinhalte durch Rechnen von Aufgaben sowie unterstütztes Lösen von Übungen. Als Lehrmethode wird in der Vorlesungen Frontalunterricht, in den Übungen Arbeitsunterricht (Aufgaben rechnen) gehalten. Die Vorlesung, die Zentralübung und die Tutorübungen werden in hybrider Form abgehalten. Alle Termine werden live über das Internet übertragen. Außerdem besteht für einen wechselnden Teil der Studenten die Möglichkeit, die Vorlesung und Übungen im Höörsal zu besuchen.

Studien-, Prüfungsleistung

Präsenzprüfung (schriftlich, 60 Minuten, Wiederholung im selben Semester)

Empfohlene Literatur

- U. Tietze, Ch. Schenk, ""Halbleiter-Schaltungstechnik"", Springer, 2002 - H. Lipp, J. Becker, ""Grundlagen der Digitaltechnik"", Oldenbourg, 2008 - J. Rabaey, ""Digital Integrated Circuits - A Design Perspective"", Prentice Hall, 2003 - J. Wakerly, ""Digital Design – Principles and Practices"", Prentice Hall, 2006 "

Links

Übung

Begleitend zur Vorlesung wird eine wöchentlich stattfindende Übung angeboten.

Die Lösung der Aufgaben, wie Sie in der Übung vorgerrechnet wird, wird jeweils kurz nach der Übung ebenfalls im Moodle Kurs der Vorlesung veröffentlicht.

Tutorübung

Zusätzlich zur Vorlesung und zur Zentralübung werden 14 Tutorübungen pro Woche angeboten. Die Tutorübungen werden von Studierenden höherer Semester abgehalten.

Die Termine entnehmen Sie bitte dem Moodle Kurs der Vorlesung. Die Musterlösungen werden ebendfalls über den Moodle Kurs veröffentlicht.

Es wird empfohlen die Tutorübungen vorab zu Hause zu rechnen.