Digitaltechnik und Entwurfsverfahren, SS2017, Vorlesung

24 | 0:00:00 Starten 0:00:08 Beispiel Folgenerkenner 0:01:37 Speziell Schaltwerkbausteine 0:03:35 Register 0:05:02 4-Bit-Register aus D-Flipflops mit Freigabesignal 0:08:04 Schieberegister 0:10:21 Serienparallelwandlung 0:11:38 Schieberegister mit parallelen Eingängen 0:13:13 Schieberegister: Division/Multiplikation mit 2 0:14:02 Schieberegister: Umlaufspeicher/Ringzähler 0:15:07 Konkreter Baustein: 74LS194 0:16:10 Betriebsarten des Schieberegisters 0:18:11 Zähler 0:20:03 Grundlegendes Übergangsdiagramm 0:21:35 Schaltsymbole 0:22:10 Beispiel: synchroner 3-stelliger Dualzähler 0:25:53 Herleitung 0:34:17 Asynchrone Zähler (Ripple Counter) 0:40:56 Nachteile asynchroner Zähler 0:42:21 Partitionieren 0:43:11 Programmierbare Bausteine 0:44:05 NAND-Gatter im Gate-Array-Entwurfsstil 0:48:18 Aufbau eines MPGA (ASIC) 0:48:52 MPGA & ASIC: Vor- und Nachteile 0:49:40 Prinzipieller Aufbau eines FPGAs 0:50:50 Xilinx Virtex FPGA Model 0:51:26 FPGAs und MPGAs 0:53:07 Der Entwurfsprozess mit FPGAs 0:53:42 Entwurf mit FPGAs 0:58:02 Schaltnetz und Schaltsymbol 0:58:20 Serielle Addition (Papier- und Bleistift-Methode) 1:00:07 Carry-Ripple-Addierer 1:00:43 Schaltbild: n-Bit Carry-ripple Addierer 1:01:23 Probleme 1:02:46 Carry-Lookhead-Addierer 1:03:07 Berechnung der Überträge aus den Eingangsvariablen 1:05:44 Kaskadierung zweier 4-Bit Carry-Lookhead-Addierer

25 | 0:00:00 Starten 0:00:08 Rechnerarithmetik 0:01:15 Wiederholung: Halb- und Volladdierer 0:03:13 Wiederholung: Serielle Addition 0:05:52 Wiederholung n-Bit Carry-ripple Addierer 0:08:03 Wiederholung: 3-Bit-Carry-Lookhead-Addierer 0:10:42 BCD-Addierer 0:11:04 BCD-Code 0:12:18 BCD-Addition 0:13:48 Beispiel 0:17:19 Bestandteile BCD-Addierer 0:17:49 Funktionstabelle für die BCD-Addition 0:20:29 Herleitung BCD-Addierer 0:20:57 BCD-Addierer für eine Tetrade 0:22:55 Subtraktion 0:23:13 Subtraktion durch Addition des Zweierkomplements 0:24:45 Subtraktion von Zweierkomplementzahlen 0:25:29 Sonderfälle 0:30:15 Überlauferkennung 0:30:45 Multiplikation und Division 0:33:53 Multiplikation von Gleitkommazahlen 0:35:49 Papier und Bleistift Methode 0:37:57 Vorzeichen-Betrag-Zahlen 0:38:31 Partial Product Sum (PP)-Methode 0:41:42 Beispiel 0:45:18 Datenfluss des seriellen Multiplizierers 0:48:09 Parallele Multiplikation 0:50:27 UND-Matrix: 3-Bit Parallelmultiplizierer 0:51:33 3-Bit-Parallelmultiplizierer 0:53:25 Multiplizierer für Festkomma-Zahlen 0:56:07 Multiplikationsalgorithmus 0:57:45 Implementierung 1:00:08 Beispiel zur Multiplikation Betrag mit Vorzeichen 1:09:41 Multiplizierer (Betrag mit Vorzeichen) 1:09:53 Multiplizierer (Zweierkomplement) 1:10:13 Beispiel 1:14:04 Division 1:16:00 Manuelle Division 1:17:37 Blockschaltbild für sequentiellen Dividierer 1:18:34 Beispiel: Division mit verschobener Rückaddition 1:20:23 Pentium Bug 1:21:58 Register-Transfer-Ebene

23 | 0:00:00 Starten 0:00:10 Schaltwerke 0:01:36 Beispiel: Datenpfad für die MIPS-Architektur 0:03:48 Zustandsautomat (DLX Pipeline) 0:04:37 Entwurf von Schaltwerken 0:06:13 Kodierte Ablauftabelle 0:09:57 Flipflop-Ansteuertabellen 0:12:25 Herleitung der Ansteuertabellen 0:14:03 Aufgabe 1 0:15:17 Aufgabe 1.1 0:21:05 Automatengraph 0:26:20 Zustandskodierung 0:29:03 Kodierte Ablauftabelle 0:36:40 Ansteuerfunktionen 0:39:28 Aufgabe 1.4 0:46:01 Methode des Koeffizientenvergleichs 0:56:04 Aufgabe 1.5 0:56:52 Verläufe der Signale 1:00:26 Aufgabe 1.6 1:02:32 Schaltwerkanalyse 1:03:33 Aufgabe 2 1:07:17 Kodierte Ablauftabelle 1:09:33 Automatengraph 1:10:40 Aufgabe 3 1:12:04 Automatengraph 1:13:41 Kodierte Ablauftabelle 1:18:05 Schaltung 1:19:15 Zähler mit RS-Flipflops 1:19:55 Zähler mit JK-Flipflops 1:20:29 Aufgabe 4 1:21:05 Geldwechselautomat 1:21:41 Zustände und Automathengraph 1:24:22 Kodierungen Der Inhalt der Lehrveranstaltung umfasst die Grundlagen der Informationsdarstellung, Zahlensysteme, Binärdarstellungen negativer Zahlen, Gleitkomma-Zahlen, Alphabete, Codes; Rechnertechnologie: MOS-Transistoren, CMOS-Schaltungen; formale Schaltungsbeschreibungen, boolesche Algebra, Normalformen, Schaltungsoptimierung; Realisierungsformen von digitalen Schaltungen: Gatter, PLDs, FPGAs, ASICs; einfache Grundschaltungen: FlipFlop-Typen, Multiplexer, Halb/Voll-Addierer; Rechenwerke: Addierer-Varianten, Multiplizier-Schaltungen, Divisionsschaltungen; Mikroprogrammierung. Lehrinhalt: Der Inhalt der Lehrveranstaltung umfasst die Grundlagen der Informationsdarstellung, Zahlensysteme, Binärdarstellungen negativer Zahlen, Gleitkomma-Zahlen, Alphabete, Codes; Rechnertechnologie: MOS-Transistoren, CMOS-Schaltungen; formale Schaltungsbeschreibungen, boolesche Algebra, Normalformen, Schaltungsoptimierung; Realisierungsformen von digitalen Schaltungen: Gatter, PLDs, FPGAs, ASICs; einfache Grundschaltungen: FlipFlop-Typen, Multiplexer, Halb/Voll-Addierer; Rechenwerke: Addierer-Varianten, Multiplizier-Schaltungen, Divisionsschaltungen; Mikroprogrammierung.

22 | 0:00:00 Starten 0:00:18 RS-Flipflop 0:03:18 Pegelgesteuertes RS-Latch 0:06:17 D-Latch 0:08:36 Taktflankengesteuertes D-Flipflop 0:11:20 Einflankengesteuertes D-Flipflop 0:13:48 Nebenbetrachtung 0:18:45 D-Flipflops 0:20:45 Zur Erinnerung 0:22:15 Schaltwerke mit D-Flipflop 0:24:17 Schaltwerke mit D-Latches 0:27:42 Zusatzbetrachtung für flankengesteuerte Flipflops 0:30:01 Setzeit (Setup-) und Haltezeit (Hold-Time) 0:32:10 Zweiflankengesteuerte Flipflops 0:34:43 Zweiflankengesteuertes D-Flipflop 0:40:58 JK-Flipflop 0:51:13 Ansteuertabelle 0:56:51 Beispiel: Asynchron rücksetzbares JK-Flipflop 1:01:21 T-Flipflop 1:03:27 T-Flipflop: Ansteuertabelle 1:04:04 Zusammenfassung Flipflops 1:06:54 Entwurf synchroner Schaltwerke 1:08:20 Serienaddierer 1:12:08 Blockschaltbild des Serienaddierers 1:12:55 Automatengraph 1:17:00 Wahl der Zustandskodierung 1:17:58 Zustandskodierung beim Serienaddierer 1:18:53 Kodierte Ablauftabelle 1:22:33 Anmerkungen 1:23:42 Ansteuerung des Flipflops 1:25:04 Minimierte Ausgangs- und Ansteuernetze 1:26:49 Realisierung des Serienaddierers Der Inhalt der Lehrveranstaltung umfasst die Grundlagen der Informationsdarstellung, Zahlensysteme, Binärdarstellungen negativer Zahlen, Gleitkomma-Zahlen, Alphabete, Codes; Rechnertechnologie: MOS-Transistoren, CMOS-Schaltungen; formale Schaltungsbeschreibungen, boolesche Algebra, Normalformen, Schaltungsoptimierung; Realisierungsformen von digitalen Schaltungen: Gatter, PLDs, FPGAs, ASICs; einfache Grundschaltungen: FlipFlop-Typen, Multiplexer, Halb/Voll-Addierer; Rechenwerke: Addierer-Varianten, Multiplizier-Schaltungen, Divisionsschaltungen; Mikroprogrammierung. Lehrinhalt: Der Inhalt der Lehrveranstaltung umfasst die Grundlagen der Informationsdarstellung, Zahlensysteme, Binärdarstellungen negativer Zahlen, Gleitkomma-Zahlen, Alphabete, Codes; Rechnertechnologie: MOS-Transistoren, CMOS-Schaltungen; formale Schaltungsbeschreibungen, boolesche Algebra, Normalformen, Schaltungsoptimierung; Realisierungsformen von digitalen Schaltungen: Gatter, PLDs, FPGAs, ASICs; einfache Grundschaltungen: FlipFlop-Typen, Multiplexer, Halb/Voll-Addierer; Rechenwerke: Addierer-Varianten, Multiplizier-Schaltungen, Divisionsschaltungen; Mikroprogrammierung.

21 | 0:00:00 Starten 0:00:16 Wiederholung: Schaltwerke 0:01:20 Wiederholung: Einfacher Speicher 0:07:07 Zustandskodierung 0:08:05 Willkürlich gewählte Zustandskodierung 0:11:04 Wechsel von Zustand 0 zu Zustand 3 0:12:29 Mögliche Fälle eines Wettlaufs 0:15:37 Kritischer Wettlauf 0:17:58 Wettlauffreie Zustandskodierung 0:19:17 Anmerkungen 0:20:29 Erregungsmatrix 0:21:05 Ausgabe- und Übergangsschaltnetze 0:24:32 Schaltbild des Speichers 0:26:25 Das asynchrone RS-Flipflop 0:29:38 Probleme asynchroner Schaltwerke 0:33:17 Analyse asynchroner Schaltwerke 0:50:33 Genauere Analyse eines Übergangs 0:55:44 Verhalten des Flipflops bei Auftreten des Hasardfehlers 1:00:02 Flipflops als Zustandsspeicher 1:02:24 Asynchrones RS-Flipflop 1:04:07 Pegelgesteuertes RS-Latch 1:06:56 Ansteuertabelle (RS-Flipflop) 1:08:44 Herleitung der Ansteuertabelle 1:14:08 D-Flipflop 1:16:21 D-Latch 1:18:01 Ansteuertabelle D-Latch 1:18:29 Pegelgesteuertes synchrones D-Flipflop 1:20:08 Taktflankengesteuertes D-Flipflop 1:26:00 Einflankengesteuertes D-Flipflop 1:27:18 Nebenbetrachtung