Grundlagen der technischen Informatik:
Das ideale Lehrbuch für Bachelors Inhaltlich richtet das Buch nach den typischen Lehrinhalten, die im Grundstudium an Hochschulen und Universitäten vermittelt werden. Neben dem Grundlagenwissen aus den Gebieten der Halbleitertechnik, der Zahlendarstellung und der booleschen Algebra vermittelt das Bu...
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|---|---|
| Format: | Electronic eBook |
| Language: | German |
| Published: |
München
Hanser
[2016]
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| Edition: | 5., aktualisierte Auflage |
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| Summary: | Das ideale Lehrbuch für Bachelors Inhaltlich richtet das Buch nach den typischen Lehrinhalten, die im Grundstudium an Hochschulen und Universitäten vermittelt werden. Neben dem Grundlagenwissen aus den Gebieten der Halbleitertechnik, der Zahlendarstellung und der booleschen Algebra vermittelt das Buch die Entwurfsprinzipien kombinatorischer und sequenzieller Hardware-Komponenten bis hin zur Beschreibung moderner Prozessor- und Speicherarchitekturen. Der perfekte Begleiter für die Vorlesung und das Selbststudium Die enge Verknüpfung von Theorie und Praxis erleichtert den Wissensaufbau. Durch den anwendungsorientierten und didaktischen Aufbau des Buches kann es sowohl vorlesungsbegleitend als auch zum Selbststudium eingesetzt werden. Zahlreiche Übungen und Beispiele runden das Lehrbuch ab. Die 5. Auflage wird komplett durchgesehen und aktualisiert. |
| Item Description: | Mit 93 Aufgaben Auf dem Cover: "Im Internet: Lösungen zu den Übungsaufgaben, Übungsblätter und weiteres Zusatzmaterial" |
| Physical Description: | 1 Online-Ressource (447 Seiten) 357 Illustrationen, Diagramme (farbig) |
| ISBN: | 9783446449039 |
| DOI: | 10.3139/9783446449039 |
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| adam_text | Titel: Grundlagen der Technischen Informatik
Autor: Hoffmann, Dirk W
Jahr: 2016
1 Einführung 11
1.1 Was ist technische Informatik?..................................... 11
1.2 Vom Abakus zum Supercomputer.................................... 13
1.3 Wohin geht die Reise?.......................................... 30
2 Halbleitertechnik 33
2.1 Halbleiter ................................................ 34
2.1.1 Atommodell von Bohr..................................... 34
2.1.2 Reine Halbleiter........................................ 37
2.1.3 Dotierte Halbleiter....................................... 39
2.2 Integrierte Schaltelemente........................................ 41
2.2.1 Halbleiterdioden........................................ 41
2.2.2 Bipolartransistoren....................................... 42
2.2.3 Feldeffekttransistoren..................................... 46
2.3 Chip-Fertigung ............................................. 51
2.3.1 Produktion integrierter Schaltkreise.............................. 51
2.3.2 Integrationsdichte....................................... 57
2.4 Übungsaufgaben............................................. 58
3 Zahlendarstellung und Codes 59
3.1 Zahlensysteme.............................................. 60
3.2 Rechnerinterne Zahlenformate ..................................... 67
3.2.1 Darstellung natürlicher Zahlen ................................ 67
3.2.2 Darstellung rationaler Zahlen................................. 73
3.3 Zahlencodes............................................... 80
3.3.1 Tetraden-Codes ........................................ 80
3.3.2 Fehlererkennende Codes.................................... 84
3.4 Übungsaufgaben............................................. 86
4 Boolesche Algebra 89
4.1 Axiomatisierung nach Huntington ................................... 90
4.1.1 Mengenalgebra ........................................ 91
4.1.2 Schaltalgebra.......................................... 93
4.2 Boolesche Ausdrücke und Aussagen.................................. 95
4.2.1 Abgeleitete Operatoren.................................... 97
4.2.2 Erfüllbarkeit und Äquivalenz................................. 100
4.2.3 Strukturelle Induktion..................................... 102
4.2.4 Dualitätsprinzip........................................ 105
4.3 Rechnen in booleschen Algebren.................................... 109
4.3.1 Abgeleitete Umformungsregeln................................ 109
4.3.2 Vereinfachung boolescher Ausdrücke............................. 111
4.3.3 Vollständige Operatorensysteme................................ 117
4.4 Normalformdarstellungen........................................ 119
4.4.1 Konjunktive und disjunktive Normalform........................... 119
4.4.2 Reed-Muller-Normalform................................... 122
4.4.3 Binäre Entscheidungsdiagramme............................... 125
4.5 Übungsaufgaben............................................. 133
5 Schaltnetze 139
5.1 Grundlagen der Digitaltechnik ..................................... 140
5.1.1 Schaltkreisfamilien ...................................... 140
5.1.2 MOS-Schaltungstechnik.................................... 145
5.1.3 Lastfaktoren.......................................... 155
5.2 Schaltungssynthese........................................... 156
5.2.1 Zweistufige Schaltungssynthese................................ 157
5.2.2 BDD-basierte Schaltungssynthese............................... 158
5.2.3 FDD-basierte Schaltungssynthese............................... 159
5.3 Formelsynthese............................................. 161
5.3.1 Funktionale Formelsynthese.................................. 161
5.3.2 Relationale Formelsynthese.................................. 163
5.3.3 Definitorische Formelsynthese ................................ 164
5.4 Komplexitätsanalyse........................................... 167
5.5 Zeitverhalten digitaler Schaltungen................................... 169
5.5.1 Signalausbreitung und-Verzögerung............................. 169
5.5.2 Störimpulse.......................................... 171
5.6 Übungsaufgaben............................................. 175
6 Minimierung 181
6.1 Minimierungsziele............................................ 182
6.2 Karnaugh-Veitch-Diagramme...................................... 186
6.2.1 Minimierung partiell definierter Funktionen ......................... 190
6.2.2 Konstruktion Hazard-freier Schaltungen........................... 194
6.2.3 Minimierung mehrstelliger Funktionen............................ 196
6.3 Quine-McCluskey-Verfahren...................................... 197
6.4 Übungsaufgaben............................................. 201
7 Standardschaltnetze 205
7.1 Motivation................................................ 206
7.2 Multiplexer und Demultiplexer..................................... 206
7.3 Komparatoren.............................................. 213
7.4 Präfix-Logik............................................... 215
7.5 Addierer................................................. 218
7.5.1 Halb-und Volladdierer..................................... 218
7.5.2 Carry-ripple-Addierer..................................... 220
7.5.3 Carry-look-ahead-Addierer.................................. 221
7.5.4 Conditional-Sum-Addierer .................................. 224
7.5.5 Präfix-Addierer........................................ 227
7.5.6 Carry-save-Addierer...................................... 229
7.6 Inkrementierer.............................................. 232
7.7 Subtrahierer............................................... 233
7.8 Multiplizierer.............................................. 234
7.8.1 Matrixmultiplizierer...................................... 235
7.8.2 Carry-save-Multiplizierer................................... 238
7.8.3 Wallace-Tree-Multiplizierer.................................. 241
7.8.4 Dadda-Tree-Multiplizierer................................... 246
7.9 Barrel-Shifter.............................................. 249
7.10 Arithmetisch-logische Einheit...................................... 251
7.11 Programmierbare Logikbausteine.................................... 253
7.12 Übungsaufgaben............................................. 256
8 Schaltwerke 265
8.1 Digitale Speicherelemente........................................ 266
8.1.1 Asynchrone Speicherelemente................................. 267
8.1.2 Taktzustandsgesteuerte Speicherelemente........................... 271
8.1.3 Taktflankengesteuerte Speicherelemente........................... 274
8.1.4 Bevorrechtigte Eingänge.................................... 281
8.1.5 CMOS-Implementierung................................... 282
8.2 Vom Flipflop zum Schaltwerk...................................... 285
8.2.1 Endliche Automaten...................................... 286
8.2.2 Schaltwerksynthese...................................... 289
8.3 Übungsaufgaben............................................. 293
9 Standardschaltwerke 299
9.1 Register................................................. 300
9.1.1 Auffangregister........................................ 300
9.1.2 Schieberegister......................................... 302
9.1.3 Universalregister........................................ 304
9.1.4 Akkumulatoren ........................................ 305
9.2 Zähler.................................................. 308
9.2.1 Synchrone Binärzähler..................................... 309
9.2.2 Asynchrone Binärzähler.................................... 313
9.2.3 Mischzähler......................................... . 314
9.2.4 Instruktionszähler....................................... 316
9.3 Hauptspeicher.............................................. 318
9.3.1 SRAM-Speicher........................................ 318
9.3.2 DRAM-Speicher........................................ 320
9.3.3 Fehlererkennung und -korrektur................................ 327
9.4 Übungsaufgaben............................................. 330
10 Register-Transfer-Entwurf 335
10.1 Entwurf komplexer Systeme....................................... 336
10.1.1 Operationswerksynthese.................................... 338
10.1.2 Steuerwerksynthese...................................... 340
10.2 Mikroprogrammierung ......................................... 343
10.3 Übungsaufgaben............................................. 349
11 Mikroprozessortechnik 351
11.1 Elemente eines Mikrorechners ..................................... 352
11.1.1 Von-Neumann-Architektur .................................. 352
11.1.2 Aufbau der CPU........................................ 356
11.2 Ein einfacher Modellprozessor..................................... 360
11.3 Übungsaufgaben............................................. 374
12 Rechnerstrukturen 377
12.1 Rechnerklassifikation nach Flynn.................................... 378
12.2 Instruktionsarchitekturen........................................ 379
12.2.1 CISC-Prozessoren....................................... 380
12.2.2 RISC-Prozessoren....................................... 384
12.3 Methoden zur Leistungssteigerung................................... 388
12.3.1 Pipelining........................................... 388
12.3.2 Cache-Speicher........................................ 393
12.4 Leistungsbewertung........................................... 399
12.4.1 Maßzahlen zur Leistungsbewertung.............................. 399
12.4.2 Benchmarks.......................................... 402
12.5 Übungsaufgaben............................................. 405
A Notationsverzeichnis 411
B Abkürzungsverzeichnis 413
C Glossar 415
Literaturverzeichnis 433
Namensverzeichnis 437
Sachwortverzeichnis 439
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Neben dem Grundlagenwissen aus den Gebieten der Halbleitertechnik, der Zahlendarstellung und der booleschen Algebra vermittelt das Buch die Entwurfsprinzipien kombinatorischer und sequenzieller Hardware-Komponenten bis hin zur Beschreibung moderner Prozessor- und Speicherarchitekturen. Der perfekte Begleiter für die Vorlesung und das Selbststudium Die enge Verknüpfung von Theorie und Praxis erleichtert den Wissensaufbau. Durch den anwendungsorientierten und didaktischen Aufbau des Buches kann es sowohl vorlesungsbegleitend als auch zum Selbststudium eingesetzt werden. Zahlreiche Übungen und Beispiele runden das Lehrbuch ab. Die 5. Auflage wird komplett durchgesehen und aktualisiert.</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Technische Informatik</subfield><subfield code="0">(DE-588)4196734-3</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Boolesche Algebra</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Digitaltechnik</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Halbleitertechnik</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Hardware</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Rechnerentwurf</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Rechnerorganisation</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Zahlendarstellung</subfield></datafield><datafield tag="655" ind1=" " 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