Logischer Entwurf digitaler Systeme

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

1 Boolesche Algebra, Automaten, Algorithmen

1.1 Aussagenlogik

1.1.1 Logische Grundverknüpfungen

1.1.2 Logische Ausdrücke

1.1.3 Äquivalenz

Axiome

Sätze

Dualität und Negation

1.1.4 Implikation

1.2 Boolesche Funktionen

1.2.1 Einfache Funktionen (Skalarfunktionen)

1.2.2 Systeme von Funktionen (Vektorfunktionen)

1.2.3 Kanonische Formen

Normalformdarstellung einer Funktion

Ausgezeichnete Normalformen

Minimale Normalformen

1.2.4 Konstruktion kanonischer Formen aus Tafeln

Minimierung von Skalarfunktionen

Von der Funktion zum Schaltnetz

1.3 Endliche Automaten, boolesche Algorithmen

1.3.1 Grundlegende Begriffe

1.3.2 Automatenmodelle

1.3.3 Darstellungsmittel

1.4 Kooperierende Automaten, parallele Algorithmen

1.4.1 Ereignis- versus taktgesteuerter Zustandsfortschaltung

1.4.2 Synchronisation von Prozessen

1.5 Lösungen der Aufgaben

2 Schaltnetze, Schaltketten

2.1 Schaltungsstruktur und Funktionsweise

2.1.1 Schalter und Schalterkombinationen

2.1.2 Durchschaltglieder

2.1.3 Verknüpfungsglieder

2.1.4 Mehrstufige Logik

2.1.5 Rückgekoppelte Logik

2.2 Schaltnetze zur Datenverarbeitung

2.2.1 Schaltketten für die Addition

2.2.2 Arithmetisch-logische Einheiten

2.2.3 Beschleunigung der Übertragsweiterleitung

2.3 Schaltnetze zum Datentransport

2.3.1 Multiplexer, Demultiplexer

2.3.2 Shifter

2.3.3 Vernetzer, Busse

2.4 Schaltnetze zur Datencodierung, -decodierung und -speicherung

2.4.1 Übersicht

2.4.2 Codierer, Decodierer

2.4.3 Konfigurierbare /programmierbare Speicher

2.5 Lösungen der Aufgaben

3 Asynchron-Schaltwerke

3.1 Schaltungsstruktur und Funktionsweise

3.1.1 Eine typische Aufgabe: Asynchroner Datentransfer

3.1.2 Interprozeß-Kommunikation

3.1.3 Asynchroner Datentransfer: Pegelgraph

3.2 Entwurf Teil 1: Vom Petri-/Graphennetz zur Flußtafel

3.2.1 Verfahren

3.2.2 Eingangssignale wechselseitig abhängig

3.2.3 Eingangssignale voneinander unabhängig

3.2.4 Asynchroner Datentransfer: Flußtafel

3.3 Hazards in Schaltnetzen, hazardfreier Entwurf

3.3.1 Strukturelle Hazards

3.3.2 Funktionelle Hazards

3.3.3 Zwei Tests zur Feststellung von Hazards

3.4 Hazards in Schaltwerken, hazardfreier Entwurf

3.4.1 Strukturelle Hazards (static hazards)

3.4.2 Funktionelle Hazards (essential hazards)

3.4.3 Konkurrente Hazards (critical races)

3.5 Entwurf Teil 2: Von der Flußtafel zur Schaltung

3.5.1 Verfahren

3.5.2 Entwurfsbeispiele und -aufgaben

3.5.3 Determiniertheit/Indeterminiertheit

3.5.4 Asynchroner Datentransfer: Schaltung

3.6 Lösungen der Aufgaben

4 Synchron-Schaltwerke

4.1 Schaltungsstruktur und Funktionsweise

4.1.1 Eine typische Aufgabe: Synchroner Speicher

4.1.2 Takterzeugung

4.1.3 Getaktete Flipflops, Darstellung mit Taktsignalen

4.1.4 Getaktete Flipflops, Abstraktion von Taktsignalen

4.2 Schaltwerke zur Datenspeicherung

4.2.1 Speicherung einzelner Bits: Flipflops

4.2.2 Speicherung binärer Datenwörter: Register

4.2.3 Speicherung von Datensätzen: Speicher

4.2.4 Speicher mit spezifischen Zugriffsarten

4.3 Schaltwerke zur Datenverarbeitung: Aufbau und Entwurf

4.3.1 Zähler

4.3.2 Synchroner Speicher: Entwurf des Zählers

4.3.3 Shiftregister und -werke

4.3.4 Logik-/Arithmetikwerke einschließlich Fließbandtechnik

4.4 Schaltwerke zur Programmsteuerung: Aufbau und Entwurf

4.4.1 Elementare Steuerwerke

4.4.2 Synchroner Speicher: Entwurf des Steuerwerks

4.4.3 Hierarchisch gegliederte Steuerwerke

4.4.4 Parallele Steuerwerke einschließlich Fließbandtechnik

4.5 Lösungen der Aufgaben

5 Prozessoren, Spezialrechner, Universalrechner

5.1 Funktionsbeschreibung digitaler Systeme

5.1.1 Parallelität „im kleinen“

5.1.2 Prozedurale Darstellung: Sprachen

5.1.3 Zeichnerische Darstellung: Graphen

5.1.4 Matrixförmige Darstellung: Tabellen

5.1.5 Parallelität „im großen“

5.1.6 Strukturelle Darstellung: Blockbilder

5.2 Datenflußarchitekturen für spezielle Algorithmen

5.2.1 Datenflußnetze

5.2.2 Additionsketten und -bäume zur Multiplikation

5.2.3 Datenflußnetze für 2-Komplement-Arithmetik

5.2.4 Datenflußwerke

5.3 Programmfluß- bzw. Fließbandarchitekturen

5.3.1 Fließbandtechnik

5.3.2 Application-Specific-Instruction-Prozessor, Prozessoren mit n-Code-Instruktionen

5.3.3 Very-Long-Instruction-Prozessor, Prozessoren mit n-Befehl-Instruktionen

5.3.4 Reduced-Instruction-Set-Prozessor, Prozessoren mit Ein-Befehl-Instruktionen

5.4 Aufbau und Funktionsweise von Universalrechnern

5.4.1 Akkumulator-Architektur

5.4.2 Register/Speicher-Architektur

5.4.3 Lade/Speichere-Architektur

5.4.4 Very-Long-Instruction-Word-Architektur

Literatur

Sachverzeichnis