Hardware-Design: formaler Entwurf digitaler Schaltungen
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| Language: | German |
| Published: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
2005
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| Edition: | 3., durchges. Aufl. |
| Series: | Teubner-Texte zur Informatik
15 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 399 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 351923047X |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Mathematische Grundlagen 13
1.1 Über Gott und die Welt............................ 13
1.2 Elementare Konzepte............................. 17
1.2.1 Natürliche Zahlen........................... 17
1.2.2 Induktion............................... 19
1.2.3 Variablen und der naive Mengenbegriff............... 19
1.2.4 Funktionen und Relationen...................... 23
1.2.5 Zeichenreihen............................. 28
1.2.6 Zeichensätze............................. 32
1.3 Rechnen.................................... 35
1.3.1 Vollständig geklammerte Ausdrücke................. 37
1.3.2 Auswertung von Ausdrücken..................... 42
1.3.3 Identitäten .............................. 44
1.3.4 Unvollständig geklammerte Ausdrücke............... 48
1.4 Zahlen..................................... 56
1.4.1 Ganze Zahlen, rationale Zahlen, reelle Zahlen............ 56
1.4.2 Zahlendarstellungen......................... 60
1.4.3 Abzählbarkeit............................. 61
1.5 Formale Logik ................................ 67
1.5.1 Prädikate............................... 67
1.5.2 Formale Fassung des Mengenkonzepts................ 72
1.5.3 Beweissysteme............................ 80
1.6 Übungen.................................... 83
Boolesche Ausdrücke 87
2.1 Mächtigkeit endlicher Mengen........................ 87
2.2 Rechnen mit
Boole
sehen Ausdrücken.................... 91
2.2.1 Vollständig geklammerte Ausdrücke................. 93
2.2.2 Einsetzungen............................. 94
2.2.3 Identitäten und Ungleichungen .................... 96
2.2.4 Lösen von Gleichungen ....................... 100
2.2.5 Der Darstellungssatz......................... 102
2.3 Kosten von Ausdrücken............................ 103
2.3.1 Definitionen ............................. 103
2.3.2 * Allgemeine Schranken ....................... 105
2.4 Polynome und Resolution........................... 109
2.4.1 Polynome und Primimplikanten................... 109
2.4.2 Das Verfahren von Quine-McQuskey................ 111
2.4.3 Monome und «-Würfel........................ 114
2.4.4 Bestimmung von Minimalpolynomen................ 124
2.4.5 *Nullstellen und Erfüllbarkeit................... . 126
2.4.6 * Erfüllbarkeit von
konjunkti ven
Normalformen........... 130
2.4.7 * Resolutionsbeweise......................... 133
2.5 Übungen .................................... 139
3 Schaltkreise 142
3.1 Gerichtete Graphen und Schaltkreise..................... 142
3.1.1 Gerichtete Graphen.......................... 142
3.1.2 Gatter................................. 144
3.1.3 Schaltkreise.............................. 145
3.2 Rechnen mit Schaltkreisen.......................... 147
3.2.1 Einsetzungen............................. 147
3.2.2 Identitäten und berechnete Funktionen................ 149
3.2.3 Anfangsschaltkreise ......................... 151
3.3 Darstellungssatz................................ 153
3.4 Schaltkreiskomplexität............................ 157
3.4.1 Komplexitätsmaße.......................... 157
3.4.2 Assoziativität und balancierte Bäume................ 159
3.5 * Schaltkreise und Boole sche Ausdrücke................... 164
3.5.1 Subfunktionen............................ 164
3.5.2 Das Kriterium von Neciporak.................... 166
3.5.3 Selektoren .............................. 169
3.5.4 Funktionen mit vielen Subfunktionen................ 171
3.6 Übungen.................................... 173
4 Arithmetik 176
4.1 Zahlendarstellungen.............................. 176
4.1.1 Stellenwertsysteme.......................... 176
4.1.2 Binärzahlen.............................. 178
4.1.3 2 s-Complement-Darstellung..................... 179
4.2 Addierer.................................... 182
4.2.1 Halb-und Volladdierer........................ 183
4.2.2
Carry-Chain
Addierer........................ 184
4.2.3
bicrementer
.............................. 187
4.2.4
Conditional-Sum
Addierer...................... 188
4.2.5 Carry-Lookahead Addierer ..................... 194
4.3 Subtraktion.................................. 198
4.3.1 Addition von 2 s-Complement-Zahlen................ 198
4.3.2 Addierer und Subtrahierer...................... 200
4.4
*Multiplizierer
................................ 201
4.4.1 Multiplikation nach der Schulmethode............... . 202
4.4.2
Wallace-Tree
Multiplizierer ..................... 207
4.4.3 Multiplikation nach Karatsuba und Ofman.............. 212
4.5 Aufbau von Arithmetikeinheiten....................... 215
4.5.1 Bit
Slice
Designs........................... 219
4.6 Übungen.................................... 221
5 Speicher und Tristate-Bausteine 225
5.1 Physikalische Eigenschaften von Gattern................... 226
5.1.1 Logische und physikalische Signale................. 227
5.1.2 Fanout ................................ 228
5.1.3 Verzögerungszeiten.......................... 229
5.1.4
*Transferfunktionen
......................... 233
5.1.5 Kapazitive Last............................ 235
5.1.6
Worst Case Timing-
Analyse..................... 237
5.1.7 Spikefreies Umschalten von Gattern................. 240
5.2 Flipflops.................................... 242
5.2.1 R/S-Flipflop............................. 242
5.2.2 D-Latch................................ 245
5.2.3 D-Flipflop.............................. 248
5.3 Bausteine mit Flipflops............................ 251
5.3.1 Register................................ 251
5.3.2 Zähler................................. 251
5.4 Statischer Speicher.............................. 253
5.4.1 Mehrfaches
OR
............................ 253
5.4.2 Treiberbäume............................. 254
5.4.3 Dekodierer.............................. 258
5.4.4 Aufbau eines statischen Speichers.................. 259
5.5 Tristate-Treiber, Busse und Pipelines..................... 264
5.5.1 Speicher und Bus Contention .................... 269
5.5.2
Wired OR
............................... 271
5.6 Übungen.................................... 271
6 Ein einfacher Rechner 275
6.1 Die abstrakte RESA-Maschine........................ 276
6.1.1
Load
und
Store
............................ 278
6.1.2
Compute
Befehle........................... 279
6.1.3
Immediate
Befehle.......................... 280
6.1.4 Indexregister............................. 281
6.1.5 Sprangbefehle ............................ 282
6.2 Instruktionssatz............................... . 284
6.2.1 Instraktionsformate.......................... 285
6.2.2
Load
Befehle............................. 286
6.2.3 Store Befehle............................. 287
6.2.4
Compute
Befehle........................... 287
6.2.5 Sprangbefehle............................ 288
6.2.6 Erzeugung großer Konstanten und
Shifts
............. . 289
6.2.7 Selbstmodifikation und von Neumann-Architektur ......... 290
6.2.8
Sign Extension
............................ 291
6.3 Datenpfade.................................. 292
6.4 Idealisierte Timing-Diagramme........................ 301
6.5 PLAs, PROMs und PALs........................... 304
6.5.1 PLAs................................. 304
6.5.2 PROMs und EPROMs........................ 306
6.5.3 PALs................................. 307
6.5.4 PALASM............................... 309
6.6
Kontrollogik
.................................. 313
6.6.1
Clock-
und Phasensignale...................... 314
6.6.2 Clocksignale............................. 315
6.6.3 Output
enable
Signale........................ 317
6.6.4 Kontrolle der ALU und
Sign-Extension
............... 321
6.6.5 Laden des Befehlszählers....................... 323
6.6.6 Asynchrone Signale und
Reset
.................... 324
6.6.7 Ansteuerang des Speichers...................... 326
6.7 Exakte
Timing-Analyse
............................ 328
6.7.1
Kontrollogik.............................
329
6.7.2 Vermeidung von Bus
contention
................... 330
6.7.3 Inkrementieren des Befehlszählers.................. 331
6.7.4
Compute
Befehle........................... 332
6.7.5 LOADIN1 und STOREIN1 ..................... 335
6.7.6 Jump................................. 336
6.7.7 Zykluszeit und Befehlsrate...................... 337
6.7.8 ALUs mit
Carry Lookahead
und
Conditional Sum
......... 337
6.7.9 Kontrollsignale mit 3.5 Zyklen Dauer................ 340
6.7.10 Verkürzung des Fetch-Zyklus.................... 342
6.7.11 Einschalten des Stroms........................ 344
6.8 Ein- und Ausgabe.............................. . 345
6.8.1
I/O-Ports
und
Interfaces
...................... . 347
6.8.2
UART
................................. 349
6.8.3
EPROM................................
351
6.8.4 Datenpfade und
Memory
Map.................... 351
6.8.5 Busprotokoll und Wait-Zyklen.................... 353
6.8.6 Zustandsdiagramme ......................... 359
6.8.7 Kontrolle des Speichers ....................... 363
6.9 Übungen.................................... 369
Anhang 377
A
Verwendete Bauteile 377
A.l Gatter..................................... 377
A.2
Multiplexer
.................................. 377
A.3 Register.................................... 378
A.4 Zähler..................................... 379
A.5 Treiber..................................... 380
A.6 ALU Bausteine................................ 380
A.7 PALs...................................... 381
A.8 Speicherbausteine............................... 382
A.9 Ein-und Ausgabe............................... 383
В
PAL-GIeichungen 384
B.l CPU-Kontrolle ................................ 384
B.2 SRAM-Kontrolle............................... 385
B.3 EPROM-Kontrolle .............................. 386
B.4 UART-Kontrolle................................ 387
Literaturverzeichnis 389
Index 392
|
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| author | Keller, Jörg Paul, Wolfgang J. 1951- |
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| discipline | Informatik Elektrotechnik / Elektronik / Nachrichtentechnik |
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