HANSER. von Prof. Dipl.-Ing. Johannes Borgmeyer. 2., verbesserte Auflage

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. von Prof. Dipl.-Ing. Johannes Borgmeyer 2., verbesserte Auflage Mit 195 Bildern, 65 Tabellen und 37 Übungsbeispielen mit ausführlichen Lösungen HANSER

2 Inhaltsverzeichnis 1 Zahlensysteme Stellenwertsysteme Polyadische Zahlensysteme Dezimalsystem Binärsysteme Dualsystem Binäres Dezimalsystem Polyadische Zahlensysteme mit einer Basiszahl 2" Oktalsystem Hexadezimalsystem T Umrechnung von Zahlen verschiedener Systeme Umrechnung von Dezimalzahlen Umrechnung in Dezimalzahlen Umrechnung von Zahlen mit einer Basiszahl 2 n 10 L3.4 Kennzeichnung der Zahlen verschiedener Zahlensysteme Darstellung vorzeichenbehafteter Zahlen Vorzeichen-Betrags-Darstellung Offset-Darstellung Darstellung negativer Zahlen durch Komplement (Ä-l)-Komplement negativer Zahlen Z>-Komplernent negativer Zahlen ""Festkommadarstellung von Dualzahlen Gleitkommadarstellung von Dualzahlen ' Festkommaarithmetik im Dualsystem Addition von Dualzahlen in Festkommadarstellung Subtraktion von Dualzahlen in Festkommadarstellung Subtraktion mit Hilfe des Einer-Komplementes des Subtrahenden Subtraktion mit Hilfe des Zweier-Komplementes des Subtrahenden Multiplikation von Dualzahlen in Festkommadarstellung Division von Dualzahlen in Festkommadarstellung Gleitkommaarithmetik im Dualsystem Addition von Gleitkommazahlen Subtraktion von Gleitkommazahlen Multiplikation von Gleitkommazahlen Division von Gleitkommazahlen 29 2 Physikalische Darstellung von Daten Analoge Darstellung Digitale Darstellung 31

3 VIII Inhaltsverzeichnis 2.3 Binäre Darstellung Digitale Schaltzeichen Logik-Zustand und Logik-Pegel f Kennzeichen digitaler Schaltzeichen Positive und negative Logik Digitale Schaltungstechnik TTL-Technik Schaltungstechnik Versorgungsspannung Ein- und Ausgangsspannungen Ein- und Ausgangsströme Lastfaktoren Übertragungskennlinie Störabstand Schaltzeiten Ausgangsstufen Gehäuseformen Baureihen CMOS-Technik Schaltungstechnik Versorgungsspannung Ein- und Ausgangsspannungen Ein- und Ausgangsströme Übertragungskennlinie und Störabstand Schaltzeiten Ausgangs stufen Baureihen ' BICMOS-Technik I 2 L-Technik ECL-Techmk GaAs-MES-FET-Technik 58 3 Schaltalgebra Schaltvariable und Schaltfunktion Darstellung boolescher Verknüpfungen Darstellung durch Schaltfunktion Darstellung durch Schaltzeichen Darstellung durch Wahrheitstabelle Darstellung durch Zeitdiagramm Verknüpfungen mit n Schaltvariablen Verknüpfungen mit einer Schaltvariablen Verknüpfungen mit zwei Schaltvariablen 62

4 Inhaltsverzeichnis IX 3.4 Grundverknüpfungen der Schaltalgebra UND-Verknüpfung ODER-Verknüpfung.< Negation Zusammengesetzte boolesche Verknüpfungen NAND-Verknüpfung NOR-Verknüpfung Inhibition Implikation Äquivalenz Antivalenz Rechenregeln der Schaltalgebra Postulate der Schaltalgebra Theoreme der Schaltalgebra Kommutatives Gesetz Assoziatives Gesetz Distributives Gesetz Absorptionsgesetz Vorrang- und Klammerregeln Theoreme von De Morgan Normalformen Min- und Maxterme 77 _3.7.2 Disjunktive Normalform Konjunktive Normalform Vereinfachung von Schaltfunktionen Vereinfachung mit Hilfe der Schaltalgebra Vereinfachung mit Hilfe des KV-Diagramms Vereinfachungsverfahren von Quine undmc Cluskey Vereinfachung unter Einbeziehung von Redundanzen Schaltungsvereinfachung Schaltungen nur mit NAND-Gliedern Schaltungen nur mit NOR-Gliedern 88 4 Codes ' Begriffe Numerische Codes Dualcode Gray-Code BCD-Codes Prüfbare Codes Parity-Prüfung Gleichgewichtige Codes 100

5 X Inhaltsverzeichnis Korrigierbare Codes Blockprüfung Hamming-Verfahren r Alphanumerische Codes Schaltnetze Zahlenkomparator Multiplexer Demultiplexer : Addierer Halbaddierer Volladdierer." Subtrahierer Halbsubtrahierer Vollsubtrahierer Multiplizierer Code-Umsetzer Codierer Decodierer Kippglieder Flipflops 147 _ 6.1,1 Allgemeiner Aufbau Ein- und Ausgangsbezeichnungen Zustandsfolgetabelle Charakteristische Schaltfunktion Flipflops ohne Taktsteuerung AS'-Flipflop ohne Taktsteuerung lä-is-flipflop ohne Taktsteuerung Taktzustandsgesteuerte Einspeicher-Flipflops Taktzustandsgesteuertes AS'-Flipflop Taktzustandsgesteuertes D-Flipflop Asynchrone Steuereingänge taktzustandsgesteuerter Flipflops : Taktzustandsgesteuerte Zweispeicher-Flipflops ÄS-Master-Slave-Flipflop Z)-Master-Slave-Flipflop JÄT-Master-Slave-Flipflop r-master-slave-flipflop Taktflankengesteuerte Flipflops Taktflankengesteuerte Einspeicher-Flipflops Taktflankengesteuerte Zweispeicher-Flipflops 167

6 Inhaltsverzeichnis XI Asynchrone Steuereingänge taktflankengesteuerter Flipflops Monoflops Nicht nachtriggerbares Monoflop Nachtriggerbares Monoflop Verzögerungsglieder Astabiles Kippglied Rückgekoppeltes Negations-Glied Astabiles Kippglied mit Schmitt-Trigger Quarzgesteuerter Oszillator Schaltwerke " Strukturen von Schaltwerken Mealy-Automat Moore-Automat Beschreibung von Schaltwerken Schaltfolgediagramm Schaltfolgetabelle Übergangs- und Ausgabefunktionen Betriebsarten von Schaltwerken Schaltwerke mit synchroner Betriebsart Synchroner Zähler Entwurf synchroner Zähler Register Schieberegister ' Schieberegister mit umschaltbarer Schieberichtung Schieberegister als Parallel-Serien-Umsetzer Schieberegister als Serien-Parallel-Umsetzer Rückgekoppelte Schieberegister Asynchroner Zähler Asynchroner Vorwärtszähler im BCD-Code Asynchroner Vorwärtszähler im Aiken-Code Frequenzteiler Frequenzteiler mit geradzahligem Teilerverhältnis Frequenzteiler mit ungeradzahligem Teilerverhältnis Halbleiterspeicher Begriffe, Kenngrößen und Arten Speicherelement Speicherzelle Speicherkapazität Adressierung 211

7 XII Inhaltsverzeichnis Halbleiter-Speicherbausteine Zeitparameter Zusammenschaltung von Halbleiter-Speicherbausteinen Arten von Halbleiterspeichern T.~ Nichtflüchtige Halbleiterspeicher Aufbau nichtflüchtiger Halbleiterspeicher Read Only Memory Programmable Read Only Memory Erasable Programmable Read Only Memory Electrical Erasable Programmable Read Only Memory Flash-EPROM Flüchtige Halbleiterspeicher Allgemeiner Aufbau Statischer, flüchtiger Halbleiterspeicher Dynamischer, flüchtiger Halbleiterspeicher Spezielle Halbleiterspeicher Dual-Port-RAM First-In-First-Out-Speicher Last-In-First-Out-Speicher Schreib-Lese-Speicher mit seriellem Zugriff Inhaltsadressierte Halbleiterspeicher Assoziativspeicher 242 ~ "8.4:5.2 Cache-Speicher Programmierbare Logikschaltungen Allgemeiner Aufbau Programmierbare UND-Matrix Programmierbare ODER-Matrix Programmierbarer Eingabeblock Programmierbare Ein-Ausgabe Programmierbarer Ausgabeblock Arten programmierbarer Logikschaltungen Halbleiterspeicher Programmable Array Logic Programmable Logic Array Erasable Programmable Logic Device Generic Array Logic Alterable Gate Array Logic Cell Array Schaltnetz mit programmierbarer Logikschaltung Schaltwerk mit programmierbarer Logikschaltung 259

8 Inhaltsverzeichnis XIII 10 Digital-Analog-Umsetzer Prinzip der Digital-Analog-Umsetzung.) Begriffe und Kenngrößen Auflösung Ausgangsspannungsbereich Codierung Einschwingzeit Genauigkeit OfFsetfehler." Verstärkungsfehler Linearitätsfehler Temperaturdrift Monotonie Glitch Verfahren der Digital-Analog-Umsetzung Digital-Analog-Umsetzer mit Stromquellen Digital-Analog-Umsetzer mit gewichteten Stromquellen Digital-Analog-Umsetzer mit Ä-2/?-Kettenleiter Digital-Analog-Umsetzer mit Ä-2/?-Kettenleiter als Stromteiler Digital-Analog-Umsetzer mit /?-2/?-Kettenleiter als -Spannungsteiler Analog-Digital-Umsetzer ' Prinzip der Abtastung analoger Signale Abtast-Halte-Schaltung Analog-Multiplexer Begriffe und Kenngrößen Auflösung Codierung Eingangsspannungsbereich Umsetzzeit Quantisierung Quantisierungsfehler Verfahren der Analog-Digital-Umsetzung Analog-Digital-Umsetzer mit dem Parallelverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Kaskadenverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Serienverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Zählverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Nachlaufverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Rampenverfahren 298

9 XIV Inhaltsverzeichnis Analog-Digital-Umsetzer mit dem Ein-Rampenverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Zwei-Rampenverfahren Analog-Digital-Umsetzer mit dem Ladungs-Kompensationsverfahren 305 Literaturverzeichnis 309 Sachwortverzeichnis 310

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