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Dieses Lehrbuch beschäftigt sich in mathematisch präziser Weise mit einem ganz und gar praktischen Thema, nämlich dem Entwurf digitaler Hardware. Neben einer Diskussion der mathematischen Grundbegriffe werden die notwendigen theoretischen Grundlagen behandelt. Schließlich werden dann das vollständige Design eines einfachen Rechners entwickelt.
List of contents
1 Mathematische Grundlagen.- 1.1 Über Gott und die Welt.- 1.2 Elementare Konzepte.- 1.3 Rechnen.- 1.4 Zahlen.- 1.5 Formale Logik.- 1.6 Übungen.- 2 Boole'sche Ausdrücke.- 2.1 Mächtigkeit endlicher Mengen.- 2.2 Rechnen mit Boole'schen Ausdrücken.- 2.3 Kosten von Ausdrücken.- 2.4 Polynome und Resolution.- 2.5 Übungen.- 3 Schaltkreise.- 3.1 Gerichtete Graphen und Schaltkreise.- 3.2 Rechnen mit Schaltkreisen.- 3.3 Darstellungssatz.- 3.4 Schaltkreiskomplexität.- 3.5 *Schaltkreise und Boole'sche Ausdrücke.- 3.6 Übungen.- 4 Arithmetik.- 4.1 Zahlendarstellungen.- 4.2 Addierer.- 4.3 Subtraktion.- 4.4 *Multiplizierer.- 4.5 Aufbau von Arithmetikeinheiten.- 4.6 Übungen.- 5 Speicher und Tristate-Bausteine.- 5.1 Physikalische Eigenschaften von Gattern.- 5.2 Flipflops.- 5.3 Bausteine mit Flipflops.- 5.4 Statischer Speicher.- 5.5 Tristate-Treiber, Busse und Pipelines.- 5.6 Übungen.- 6 Ein einfacher Rechner.- 6.1 Die abstrakte RESA-Maschine.- 6.2 Instruktionssatz.- 6.3 Datenpfade.- 6.4 Idealisierte Timing-Diagramme.- 6.5 PLAs, PROMs und PALs.- 6.6 Kontrollogik.- 6.7 Exakte Timing-Analyse.- 6.8 Ein- und Ausgabe.- 6.9 Übungen.- A Verwendete Bauteile.- A.1 Gatter.- A.2 Multiplexer.- A.3 Register.- A.4 Zähler.- A.5 Treiber.- A.6 ALU Bausteine.- A.7 PALs.- A.8 Speicherbausteine.- A.9 Ein- und Ausgabe.- B PAL-Gleichungen.- B.1 CPU-Kontrolle.- B.2 SRAM-Kontrolle.- B.3 EPROM-Kontrolle.- B.4 UART-Kontrolle.
About the author
Prof. Dr. Jörg Keller, FernUniversität-GH Hagen
Prof. Dr. Wolfgang J. Paul, Universität des Saarlandes
Summary
Dieses Hochschullehrbuch behandelt in mathematisch präziser Weise den Entwurf digitaler Hardware. Kapitel eins enthält eine Diskussion mathematischer Grundbegriffe. In den Kapiteln zwei bis vier werden die notwendigen theoretischen Grundlagen über Boolesche Ausdrücke, Schaltkreiskomplexität und Rechnerarithmetik behandelt. Der Übergang von der abstrakten Schaltkreistheorie zum Entwurf konkreter Schaltungen findet nahtlos in Kapitel fünf statt, wo aus den Verzögerungszeiten von Gattern das zeitliche Verhalten von Flipflops und anderen Speicherbausteinen abgeleitet wird. Kapitel sechs enthält dann das vollständige Design eines einfachen Rechners. Zahlreiche Wissenschaftler, die heute in der Industrie Prozessoren designen, wurden nach diesem bewährten Buch ausgebildet.
Foreword
Bewährtes Lehrbuch zum Hardware Design
