Grundlagen Digitaler Systeme (GDS) Prof. Dr. Sven-Hendrik Voß | Sommersemester 2015 Technische Informatik (Bachelor), Semester 1 Termin 1, Donnerstag, 09.04.2015 Seite 2 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Inhaltsverzeichnis Einstieg Organisatorisches ¨ Prufungsmodalit aten ¨ Themen und Termine Laboraufgaben Literaturhinweise ¨ Ubungsaufgaben Inhalt der Veranstaltung Lernziele Boolesche Algebra Zusammenfassung Sommersemester 2015 Seite 3 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Einstieg Ihr Dozent I Mentor fur ¨ Erstsemestler I Laborleiter fur ¨ das Digitallabor I Beauftragter fur ¨ die Praxisphase I ¨ Ansprechpartner fur Seminar-und/oder ¨ Praktikumsplatze, Abschlussarbeiten (großes Kontaktnetzwerk) Kontakt I Sprechzeiten dienstags von 14:15 - 15:45 Uhr mit Voranmeldung I Haus Gauß, Raum B 343 I Mail: [email protected] I Tel: +49 30 4504 5363 / Mobil: +49 1590 260 3330 I Homepage http://prof.beuth-hochschule.de/voss Seite 4 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Organisatorisches Lehrveranstaltung Grundlagen digitaler Systeme (GDS) besteht aus I ¨ 2 SWS Seminaristischem Unterricht (SU, wochentlich) I ¨ Laborubung (UE, 14-tagig in 2 Gruppen, 4-stundig, Start 23.04.15) ¨ ¨ Durchgefuhrt wird die Veranstaltung GDS dieses Semester in einem Zug. ¨ Tutorium ab 04.05. jeweils 16:00 - 17:30 Uhr in Raum TBD (Haus Gauß) Tutor: Benjamin Bimmermann ([email protected]) Seite 5 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 ¨ Prufungsmodalit aten ¨ Semesterbegleitende Kurztests I 3 Stuck ¨ im Semester I je Kurztest maximal 15 Punkte erreichbar I die besten zwei werden gewertet I insgesamt max. 30 Punkte erreichbar Klausur I maximal 70 Punkte erreichbar Notenermittlung I Punkte aus Kurztests und Klausur werden addiert I Gesamtnote (Modulnote) aus Punktzahl entsprechend geltendem Berechnungsschema I ¨ bei Nachklausur (max. 100 Punkte) zahlen Kurztests nicht mehr Seite 6 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 ¨ Prufungsmodalit aten ¨ Voraussetzungen I Klausurteilnahme nur nach erfolgreich absolvierten Laborubungen ¨ I Anerkennung einer fruheren Laborteilnahme durch Vorlage der ¨ Studiendokumentation I Anwesenheit bei allen Laborterminen ist Pflicht I Nachklausur nur, wenn vorher nicht teilgenommen oder nicht bestanden I zum Bestehen der Lehrveranstaltung sind mind. 50 Punkte erforderlich ¨ Zulassige Hilfsmittel I ¨ Skripte und Infoblatter zur Lehrveranstaltung I eigene Mitschriften I ¨ ¨ selbst erstellte Losungen der Ubungsaufgaben I Taschenrechner Seite 7 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Themen und Termine - Seminaristischer Unterricht Seminaristischer Unterricht (SU) im Raum B323, donnerstags 10:00 - 11:30 Uhr Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Datum 09.04. 16.04. 23.04. 30.04. 07.05. 14.05. 21.05. 28.05. 04.06. 11.06. 18.06. 25.06. 02.07. 09.07. 16.07. 23.07. 30.07. Themen Einfuhrung; Boolesche Algebra (1) ¨ Boolesche Algebra (2) Vereinfachung logischer Funktionen (1) Vereinfachung logischer Funktionen (2) Zahlensysteme (1) Christi Himmelfahrt Zahlensysteme (2) Logische Grundschaltungen (1) Logische Grundschaltungen (2) ¨ Binar-Codes (1) ¨ Binar-Codes (2) Sequentielle Logik (1) Sequentielle Logik (2) Sequentielle Logik (3) Busse, Entwicklung Addierwerk Klausur Klausurruckgabe und -besprechung ¨ Kurztest 1 2 3 Seite 8 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Themen und Termine - Laborubung ¨ Laborubung(UE) im Raum B352, donnerstags 12:15 - 15:45 Uhr ¨ Nr. 1 2 3 4 5 6 Datum 23.04. / 30.04. 07.05. / 21.05. 28.05. / 04.06. 11.06. / 18.06. 25.06. / 02.07. 09.07. / 16.07. Themen Einfuhrung; Logische Grundfunktionen (UE1) ¨ Codierer/Decodierer (UE2) Multiplexer/Demultiplexer (UE3) Addier-/Subtrahierschaltungen (UE4) Flipflops/Schieberegister (UE5) Addierwerk (UE6) Seite 9 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Laboraufgaben ¨ werden. Voraussetzung dafur Insgesamt mussen 6 Laborubungen gelost ¨ ¨ ¨ ist eine gute Vorbereitung! ¨ Aufgabenblatter fur ¨ die einzelnen Veranstaltungen werden jeweils vorab zur Verfugung gestellt. ¨ Aufgabenblatt Nr. 1 2 3 4 5 6 Labortermin am 23.04. / 30.04. 07.05. / 21.05. 28.05. / 04.06. 11.06. / 18.06. 25.06. / 02.07. 09.07. / 16.07. Seite 10 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Literaturhinweise ¨ ¨ Skripte, Info- und Ubungsbl atter Prof. Dr. Ulrich Teppner: Grundlagen Digitaler Systeme“ (WS 2009/2010) ” Prof. Dr. Sven-Hendrik Voß: Vorlesungsfolien ¨ Lothar Muller: Verschiedene themenbezogene Infoblatter ¨ Empfohlene Fachbucher ¨ Klaus Beuth: Digitaltechnik (Vogel Buchverlag Wurzburg) ¨ Jurgen Reichardt: Lehrbuch Digitaltechnik (Oldenbourg Verlag Munchen) ¨ ¨ Johannes Borgmeyer: Grundlagen der Digitaltechnik (Carl Hanser Verlag Munchen/Wien) ¨ Roland Woitowitz, Klaus Urbanski: Digitaltechnik (Springer Verlag Berlin) Online http://public.beuth-hochschule.de/∼svoss http://prof.beuth-hochschule.de/voss Seite 11 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 ¨ Ubungsaufgaben ¨ Unter http://prof.beuth-hochschule.de/voss werden regelmaßig begleitend ¨ zum Unterricht Ubungsaufgaben gestellt (terminlich auf die Vorlesungen abgestimmt). Sie dienen dazu I eigene Kenntnisse zu uberpr ufen ¨ ¨ I Unterrichtsstoff zu vertiefen I Lernerfolge auszumachen ¨ ... und sind eine gute Ubung fur ¨ Kurztests und Klausuren I ¨ ¨ Losungen werden rechtzeitig vor der folgenden Vorlesung veroffentlicht. ¨ Ubungsaufgaben sind keine Pflichtaufgaben! Es wird jedoch DRINGEND empfohlen, sie zu bearbeiten. Seite 12 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Inhalt der Veranstaltung Die Ursprunge der Technischen Informatik liegen in der Elektrotechnik, ¨ insbesondere in der Digitaltechnik, sowie in der Logik und der diskreten Mathematik, sowie der Informatik. Wir werden uns im Rahmen dieser Veranstaltung daher mit folgenden Themen auseinandersetzen: I Boolesche Algebra I Logische Funktionen I Zahlensysteme I Logische Grundschaltungen I ¨ Binarcodes I Sequentielle Logik I Addierwerke I Modellrechner Seite 13 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Lernziele Nach diesem Termin sollten Sie... I logische Verknupfungen mittels Boolescher Operatoren aufstellen und ¨ ¨ interpretieren konnen I ¨ die Wahrheitstabellen und DIN-/US-Schaltsymbole der gebrauchlichen Gatter kennen I die Bedeutung von AND-, OR- und NOT-Verknupfung erkannt haben ¨ Seite 14 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Boolesche Algebra Grundlagen der Booleschen Algebra I benannt nach Begrunder: engl. Mathematiker George Boole ¨ (1815–1864) I auch Schaltalgebra (Switching Algebra) genannt (Begrundung der ¨ Schaltungstheorie auf Basis der Booleschen Algebra durch Cloude Shannon 1950) I ¨ ahnlich den Funktionen in der Schulalgebra“ ” ¨ Variablen und Funktionen konnen nur die Werte 0 und 1 annehmen I I boolesche Funktion hat eine oder mehrere Eingabevariablen und fuhrt ¨ ¨ zu einem Ergebnis, das nur von den Werten dieser Variablen abhangt Anwendung der Booleschen Algebra auf Entwicklung digitaler Schaltungen I ¨ Schaltungstechnik verwendet Bauelemente mit zwei stabilen Zustanden I Beschreibung von Schaltungen, die durch Kombination von Gates ¨ gebaut werden konnen Seite 15 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Boolesche Algebra Schaltvariable und Schaltfunktion I Digitaltechnik verwendet spezielle Variablen und Funktionen I Schaltvariable: Variable, die nur Werte 0 oder 1 annehmen kann I ¨ mit Schaltvariablen konnen Funktionen gebildet werden Funktion y = f (x1 , x2 , x3 , ...xn ) mit xi , y ∈ {0, 1} ¨ heißt n-stellige Schaltfunktion bzw. Binarfunktion I ¨ wieder die Elemente 0 und 1 Wertebereich der Funktionswerte enthalt I ¨ Funktionen konnen durch Tabellen (Wahrheitstabellen) definiert werden I ¨ Wahrheitstabellen zeigen Funktionswerte zu den moglich 2n Kombinationen der n Eingangsvariablen Seite 16 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Zusammenfassung Heute haben Sie gelernt... I wie man Schaltfunktionen durch logische Terme beschreibt I welche logischen Grundfunktionen es gibt I wie man diese darstellt Seite 17 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 ¨ Ausblick auf nachste Stunde ¨ In der nachsten Stunde widmen wir uns... I den Rechenregeln der Boolschen Algebra I arithmetischen Vereinfachungsmethoden I der negativen / positiven Logik Seite 18 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Hinweise zum Selbststudium Zur Vertiefung wird empfohlen... I GDS-Skript I Jurgen Reichardt: Lehrbuch Digitaltechnik (Eine Einfuhrung mit VHDL), ¨ ¨ Oldenbourg, ISBN 9783486706802 Seite 19 Einfuhrung / Boolesche Algebra | ¨ Grundlagen digitaler Systeme | Sommersemester 2015 Kritik Nun sind Sie dran: I Kritik: Was funktioniert gut / was schlecht? I Anregungen I Wunsche ¨ I ¨ Verbesserungsvorschlage in Bezug auf Inhalt und Organisation der Vorlesung
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