Logischer Entwurf binärer Systeme

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1 Logischer Entwurf binärer Systeme Prof. Dr. sc. techn. Hans Joachim Zander 3., bearbeitete Auflage VEB VERLAG TECHNIK BERLIN

2 Inhaltsverzeichnis Bedeutung häufig verwendeter Buchstaben 11 Bedeutung häufig verwendeter Zeichen Einführung Wesen und Einsatzgebiete binärer Systeme Kombinatorische und sequentielle binäre Systeme Zielstellung beim Entwurf binärer Systeme Beschreibung kombinatorischer binärer Systeme Boolesche Grundfunktionen Darstellung Boolescher Funktionen Verbale Beschreibung Schaltbelegungstabelle Karnaugh-Tafel Graph Boolescher Ausdruck Disjunktive und konjunktive Normalformen Begriffe Grundgesetze und Rechenregeln Kürzungsverfahren NOR- und NAND-Normalformen Begriffe und Rechenregeln Arten von NOR- und NAND-Normalformen Antivalenz- und Aquivalenznormalformen Begriffe Grundgesetze und Umformungsregeln für Antivalenznormalformen Grundgesetze und Umformungsregeln für Äquivalenznormalformen Dynamische Operationen Ableitung nach Variablen Einfache partielle Ableitung Mehrfache partielle Ableitung Vektorielle Ableitung Variationsableitung Differential Variation Ableitungen nach der Zeit 45, Ungerichtete zeitliche Ableitungen Gerichtete zeitliche Ableitungen Schaltungstechnische Realisierung kombinatorischer binärer Systeme Realisierungsmöglichkeiten Realisierung in Form von frei strukturierten Schaltungen Realisierung mit Matrixstrukturen Prinzipieller Aufbau von Matrixstrukturen Realisierung mit ROM-Schaltkreisen Realisierung mit PLA-Schaltkreisen Realisierung mit PAL-Schaltkreisen Realisierung mit universellen Logik-Moduln Synthese von Kombinationsschaltungen bei Verwendung von frei strukturierten Schaltungen, PLA-Schaltkreisen und PAL-Schaltkreisen Minimierung von Booleschen Ausdrücken Minimierungsstrategie Bestimmung von Primkonjunktionen durch systematisches Kürzen von Termen Bestimmung von Primkonjunktionen durch systematischen Vergleich der Einsmenge und der Nullmenge Bestimmung von Primkonjunktionen durch systematisches Probieren auf der Basis der Einsmenge und der Nullmenge Auswahl von Primkonjunktionen 64 7

3 Minimierung von Bündeln Boolescher Ausdrücke Minimierungsstrategie Bestimmung von Mehrfachprimkonjunktionen durch systematisches Kürzen von Termen ' Auswahl von Mehrfachprimkonjunktionen Näherungsverfahren Synthese von Kombinationsschaltungen bei Verwendung von ROM-Schaltkreisen Zusammenschalten von ROM-Schaltkreisen zur Erhöhung der, Eingangs- und Ausgangszahlen Verringerung des Flächenbedarfs für die ODER-Matrix eines ROM durch Zonenkodierung Synthese von Kombinationsschaltungen aus ULM-Schaltkreisen Synthese durch Anwendung des Entwicklungssatzes der Schaltalgebra Verringerung der Anzahl an ULM-Schaltkreisen durch Zonenkodierung Dynamisches Verhalten von Kombinationsschaltungen Hasards und Hasardfehler Funktionshasards Strukturhasards Auftreten von Strukturhasards in verschiedenen Grundstrukturen von Kombinationsschaltungen Vermeidung von Hasardfehlern Beschreibung sequentieller binärer Systeme durch Automatenmodelle Automatenmodelle Überführungs- und Ergebnisfunktion Stabilitätsbedingung Automatentypen Statische Automaten Dynamische Automaten Technische Betriebsarten Statische und dynamische Betriebsart Strukturstabilisierung und Funktionsstabilisierung Getaktete und ungetaktete Betriebsart Darstellungsmöglichkeiten für Automatenmodelle Vorbemerkungen Automatenbänder Ablauftabelle Automatentabelle Automatengraph Programmablaufgraph Definition des Programmablaufgraphen Automatentheoretische Interpretation von Programmablaufgraphen Transformation von Programmablaufgraphen in Automatengraphen Schrittorientierter Funktionsplan Logische Algorithmenschemata Schaltbelegungstabelle Boolesche Ausdrücke Verallgemeinertes Automatenmodell Problemdarstellung durch verkürzte Eingangsbedingungen Verallgemeinerung der Überführungs- und Ergebnisfunktion Vergleich mit den klassischen Automatentypen Modularität Charakterisierung der Modularität Strukturelle Dekomposition Funktionelle Dekomposition Beschreibung diskreter Prozesse durch Automatenmodelle Diskrete Prozesse Nichtdeterministischer Prozeßautomat Determinierter Steuerautomat Darstellung von Prozeßalgorithmen Beschreibung paralleler Prozesse Beschreibung sequentieller binärer Systeme durch Netzmodelle Grundlagen des Petri-Netz-Konzepts : Netzstruktur Netzmarkierung MarkenfluB Markenfluß in binär markierten Netzen Markenfluß in nichtbinär markierten Netzen 148 8

4 Markenflußregeln für Test- und Inhibitorkanten Darstellung von Markierungsfolgen durch Graphen Ausgewählte Netzeigenschaften Sicherheit Lebendigkeit Spezielle Netzstrukturen Zustandsmaschine Synchronisationsgraph Free-Choice-Netz Modellierung diskreter Prozesse durch Petri-Netze Interpretation der Netzelemente Interpretation des Markenflusses Steuerungstechnisch interpretierte Petri-Netze Bewertung der Netzelemente durch Eingangs- und Ausgangssignale Präzisierung der Regel für den Markenfluß Übergang vom steuerungstechnisch interpretierten Petri-Netz zum Steuerautomaten Vergleich zwischen steuerungstechnisch interpretierten Petri-Netzen und Automatengraphen Zeitbewertete Petri-Netze Zeitabhängigkeiten in binären Systemen Zeitbewertete Pre-Kanten und Stellen Schaltungstechnische Realisierung sequentieller binärer Systeme Grundstrukturen Folgeschaltungen mit frei ausgebildeten Rückführkreisen Folgeschaltungen mit separaten Speicherelementen Blockschaltbild 168 6' Charakteristische Gleichungen von Flipflops Dynamisches Verhalten von Folgeschaltungen Vorbemerkungen Hasards in Folgeschaltungen Entstehung und Vermeidung von Hasardfehlern in Folgeschaltungen mit frei ausgebildeten Rückführkreisen Entstehung und Vermeidung von Hasardfehlern in Folgeschaltungen mit separaten Speicherelementen Wettläufe Entstehung von Wettläufen Vermeidung von Wettlauffehlem Trios Synthese sequentieller binärer Systeme bei schaltungstechnischer Realisierung Einheitliches Synthesekonzept für unterschiedliche Automatenmodelle und Betriebsarten Zustandsreduktion Verträglichkeit von Zuständen Bedingungen für die Verträglichkeit von Zuständen bei statischen Automaten Bedingungen für die Verträglichkeit von Zuständen bei dynamischen Automaten Bedingungen für die Verträglichkeit von Zuständen bei einer Beschreibung durch verallgemeinerte Automatenmodelle Überlagerung der Definitionsbereiche bei der Zustandsverschmelzung Verträglichkeitsklassen Zustandskodierung Zielstellung bei der Zustandskodierung Standardkodierung Allgemeine Binärkodierung Berechnung der Arbeitsbedingungen für die Strukturgleichungen Berechnung der Ausdrücke für die Ausgangssignale Berechnung der Ausdrücke für die Speichervariablen bei Folgeschaltungen mit freien Rückführkreisen Berechnung der Ausdrücke für die Setz- und Rückstellsignale bei Folgeschaltungen mit separaten Speicherelementen Universelle und programmierbare Folgeschaltungen Möglichkeiten des Aufbaus universeller und programmierbarer Folgesohaltungen Taktkettenstruktur Corex-Struktur 217 9

5 7. Mikroprozessoren und programmtechnische Realisierung binärer Systeme Grundprinzip der programmtechnischen Realisierung Bezug zur schaltungstechnischen Realisierung Serielle Informationsverarbeitung nach dem Rechnerprinzip Bedeutung von Mikroprozessoren und Mikrorechnern bei der programmtechnischen Realisierung Prinzipieller Aufbau von Mikrorechnern Aufbau und Funktionsweise von Mikroprozessoren Operationswerk Register Arithmetisch-logische Einheit Mikroprogrammsteuerung Wirkungsweise von Mikroprogrammsteuerungen Darstellung der Mikroalgorithmen Darstellung der Funktionen des Steuerautomaten Realisierung des Mikroprogrammspeichers Synthese und Optimierung von Mikroprogrammsteuerungen Möglichkeiten zur Programmierung binärer Systeme Sprachniveaus und Programmierebenen Programmierung binärer Systeme in Assemblersprache Assemblerprogrammierung auf der Ebene der Strukturbeschreibung Assemblerprogrammierung auf der Ebene der Verhaltensbeschreibung Fachsprachen für binäre Systeme Fachsprachen auf der Ebene der Strukturbeschreibung Fachsprachen auf der Ebene der Verhaltensbeschreibung Synthesebeispiele Synthesebeispiel 1: Impulsverteiler Synthesebeispiel 2: Letztwertsignalisiereinrichtung Synthesebeispiel 3: Zweikoordinatenschreiber Synthesebeispiel 4: Steuerung einer Laufkatze Synthesebeispiel 5: Steuerung eines Transportsystems 268 Literaturverzeichnis 273 Sachwörterverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis. Inhalt. 1 Einleitung Inhalt 3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Digitale und analoge Signale... 9 1.2 Digitale Darstellung... 12 1.3 Datenübertragung... 14 1.4 Aufgaben digitaler Schaltungen... 17 1.5 Geschichte der Digitalrechner...

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