Vorlesung: Technische Informatik


Die wichtigsten Informationen zur Grundlagenvorlesung „Technische Informatik" sind im Folgenden kurz zusammengefasst:

  • Studiengänge: AIW, CI, ET, GES, IIW, LUM, MECH
  • Umfang: 3 SWS Vorlesung, 1 SWS Hörsaalübung (6 ECTS)
  • Prüfung: schriftlich
  • Zeitraum: Wintersemester
  • Veranstaltungsort: Gebäude H, Audimax 1


Inhalt


1. Einführung

  • Grundlagen der Digitaltechnik
  • Analog versus Digital
  • Gatter und Flipflops
  • Aspekte der Digitaltechnik
  • Integrierte Schaltkreise
  • Digitale Systeme
  • Time-to-Market


2. Zahlensysteme und Codierung

  • Zahlensysteme
  • Rechnerinterne Zahlenformate
  • Arithmetische Operationen im Dualsystem
  • Zahlen- und Zeichencodes
  • Fehlererkennende und -korrigierende Codes
  • Codes zur seriellen Datenübertragung
  • Binäre Vorsätze für Zweierpotenzen


3. Digitale Schaltungstechnik

  • Logische Signale und Gatter
  • Logikfamilien
  • CMOS-Logik
  • CMOS-Schaltungstechnik: Elektrisches Verhalten
  • CMOS-Schaltungen für Ein- und Ausgänge
  • Bipolare Logik und TTL-Schaltungstechnik
  • CMOS-Logikfamilien
  • CMOS/TTL-Schnittstelle


4. Schaltnetze (Grundlagen)

  • Boolesche Algebra
  • Analyse kombinatorischer Schaltungen
  • Synthese kombinatorischer Schaltungen
  • Minimierungsverfahren
  • Störimpulse bei digitalen Schaltungen


5. Schaltnetze (Anwendungen)

  • Standards zur Dokumentation
  • Zeitverhalten digitaler Schaltungen
  • Decodierer und Codierer
  • Tri-State-Logikgatter und Busse
  • Multiplexer und Demultiplexer
  • Präfix-Logik und Paritätsschaltungen
  • Komparatoren
  • Addierer und Subtrahierer
  • Multiplizierer
  • Barrel Shifter
  • Arithmetisch-Logische Einheit (ALU)


6. Schaltwerke (Grundlagen)

  • Zustandsbegriff und Taktsignal
  • Bistabile Speicherelemente
  • Asynchrone Speicherelemente
  • Synchrone taktzustandsgesteuerte Speicherelemente
  • Synchrone taktflankengesteuerte Speicherelemente
  • Übersicht: Latches und Flipflops
  • Analyse von Schaltwerken
  • Klassisches Design von Schaltwerken
  • Design von Schaltwerken mit Zustandsübergangsgraphen
  • Design von Schaltwerken mit VHDL
  • Hierarchische Schaltwerkstrukturen


7. Schaltwerke (Anwendungen)

  • Standards zur Dokumentation
  • Latches und Flipflops
  • Zähler
  • Schieberegister
  • Iterative Schaltnetze versus Schaltwerke
  • Design-Methodik für synchrone Systeme
  • Problematik bei synchronen Designs


8. Speicher, PLDs, CPLDs und FPGAs

  • ROM, SRAM, DRAM, SDRAM
  • Programmable Logic Devices (PLDs)
  • Complex Programmable Logic Devices (CPLDs)
  • Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs)


9. Mikroprozessortechnik (Grundlagen)

  • Historisches
  • Von-Neumann-Architektur
  • Komponenten eines Mikroprozessorsystems

 

Literatur

  • S. Voigt, Skript zur Vorlesung „Technische Informatik"
  • J. Wakerly, Digital Design: Principles and Practices, 4. Auflage, 2010, Pearson Prentice Hall, ISBN: 978-0-13-613987-4
  • D. Hoffmann, Grundlagen der Technischen Informatik, 2. Auflage, 2010, Carl Hanser Verlag, ISBN: 978-3-446-42150-9


Vorlesungsunterlagen

  • Skript zur Vorlesung (9 Kapitel, 495 Abbildungen, 688 Folien, 350 Seiten)
  • Hörsaalübung (12 Übungsblätter inkl. Musterlösungen, 159 Folien, 83 Seiten)
  • Quizfragen (44 Fragen inkl. Musterlösungen, 89 Folien, 47 Seiten)

Hinweis: Alle aktuellen Unterlagen zur Vorlesung wie z.B. Skript, Aufgabenblätter
(inkl. Musterlösungen), Quizfragen (inkl. Musterlösungen), Musterklausuren sowie Prüfungsergebnisse sind im „e-learning"-Portal (Stud.IP) zum Download bereitgestellt!

 

Evaluation (Studentische Veranstaltungsbewertung)

 

 

Vorlesungsaufzeichnung (vollständiger Zugriff mit TUHH-Account)

1. Vorlesung (16.10.2012)

  • Motivation, Organisatorisches & Literatur
  • Kapitel 1: Einführung in die Technische Informatik

- 1.1 Grundlagen der Digitaltechnik
- 1.2 Analog versus Digital

protected link 2. Vorlesung (18.10.2012)
  • 1. Kapitel: Einführung in die Technische Informatik

- 1.3 Gatter und Flipflops
- 1.4 Aspekte der Digitaltechnik
- 1.5 Integrierte Schaltkreise
- 1.6 Digitale Systeme
- 1.7 Time-to-Market

  • 2. Kapitel: Zahlendarstellung & Codierung

- 2.1 Zahlensysteme

protected link 3. Vorlesung (23.10.2012)
  • 2. Kapitel: Zahlendarstellung & Codierung

- 2.1 Zahlensysteme (Forts.)
- 2.2 Rechnerinterne Zahlenformate
- 2.3 Arithmetische Operationen im Dualsystem

protected link 4. Vorlesung (25.10.2012)
  • 2. Kapitel: Zahlendarstellung & Codierung

- 2.4 Zahlen- und Zeichencodes
- 2.5 Fehlererkennende und -korrigierende Codes
- 2.6 Codes zur seriellen Datenübertragung
- 2.7 Binäre Vorsätze für Zweierpotenzen

5. Vorlesung (30.10.2012)

  • 2. Kapitel: Zahlendarstellung & Codierung

- Zusammenfassung

protected link 6. Vorlesung (01.11.2012)
  • 3. Kapitel: Digitale Schaltungstechnik

- 3.1 Logische Signale und Gatter
- 3.2 Logikfamilien
- 3.3 CMOS-Logik
- 3.4 CMOS-Schaltungstechnik: Elektrisches Verhalten

protected link 7. Vorlesung (06.11.2012)
  • 3. Kapitel (Digitale Schaltungstechnik)

- 3.4 CMOS-Schaltungstechnik: Elektrisches Verhalten

protected link 8. Vorlesung (08.11.2012)
  • 3. Kapitel (Digitale Schaltungstechnik)

- 3.4 CMOS-Schaltungstechnik: Elektrisches Verhalten (Forts.)
- 3.5 CMOS-Schaltungen für Ein- und Ausgänge

protected link 9. Vorlesung (13.11.2012)
  • 3. Kapitel (Digitale Schaltungstechnik)

- 3.5 CMOS-Schaltungen für Ein- und Ausgänge (Forts.)
- 3.6 Bipolare Logik und TTL-Schaltungstechnik

protected link 10. Vorlesung (15.11.2012)
  • 3. Kapitel (Digitale Schaltungstechnik)

- 3.6 Bipolare Logik und TTL-Schaltungstechnik (Forts.)
- 3.7 CMOS-Logikfamilien
- 3.8 CMOS/TTL-Schnittstelle
- Zusammenfassung

protected link 11. Vorlesung (22.11.2012)
  • 4. Kapitel: Schaltnetze (Grundlagen)

- 4.1 Boolesche Algebra
- 4.2 Analyse kombinatorischer Schaltungen

protected link 12. Vorlesung (27.11.2012)
  • Kapitel 4: Schaltnetze (Grundlagen)

- 4.3 Synthese kombinatorischer Schaltungen
- 4.4 Minimierungsverfahren

protected link 13. Vorlesung (29.11.2012)
  • 4. Kapitel: Schaltnetze (Grundlagen)

- 4.4 Minimierungsverfahren (Forts.)

protected link 14. Vorlesung (04.12.2012)
  • Kapitel 4: Schaltnetze (Grundlagen)

- 4.5 Störimpulse bei digitalen Schaltungen

  • Kapitel 5: Schaltnetze (Anwendungen)

- 5.1 Standards zur Dokumentation

protected link 15. Vorlesung (06.12.2012)
  • 5. Kapitel: Schaltnetze (Anwendungen)

- 5.1 Standards zur Dokumentation (Forts.)
- 5.2 Zeitverhalten digitaler Schaltungen
- 5.3 Decodierer und Codierer
- 5.4 Tri-State-Logikgatter und Bussysteme
- 5.5 Multiplexer und Demultiplexer

protected link 16. Vorlesung (11.12.2012)
  • 5. Schaltnetze (Anwendungen)

- 5.6 Präfix-Logik, und Paritätsschaltungen
- 5.7 Komparatoren

protected link 17. Vorlesung (13.12.2012)
  • 5. Kapitel: Schaltnetze (Anwendungen)

- 5.8 Addierer und Subtrahierer
- 5.9 Multiplizierer
- 5.10 Barrel-Shifter
- 5.11 Arithmetisch-Logische Einheit (ALU)

  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- 6.1 Zustandsbegriff und Taktsignal
- 6.2 Bistabile Speicherelemente
- 6.3 Asynchrone Speicherelemente

protected link 18. Vorlesung (18.12.2012)
  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- 6.3 Asynchrone Speicherelemente (Forts.)
- 6.4 Synchrone taktzustandsgesteuerte Speicherelemente

protected link 19. Vorlesung (20.12.2012)
  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- 6.5 Synchrone taktflankengesteuerte Speicherelemente
- 6.6 Übersicht: Latches und Flipflops
- 6.7 Analyse von Schaltwerken

protected link 20. Vorlesung (08.01.2013)
  • Evaluierung der Lehrveranstaltung
  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- Wiederholung: 6.7 Analyse von Schaltwerken

protected link 21. Vorlesung (10.01.2013)
  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- 6.8 Klassisches Design von Schaltwerken
- 6.9 Design von Schaltwerken mit Zustandsübergangsgraphen

protected link 22. Vorlesung (15.01.2013)
  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- 6.9 Design von Schaltwerken mit Zustandsübergangsgraphen (Forts.)
- 6.10 Design von Schaltwerken mit VHDL

protected link 23. Vorlesung (17.01.2013)
  • 6. Kapitel: Schaltwerke (Grundlagen)

- 6.10 Design von Schaltwerken mit VHDL (Forts.)
- 6.11 Hierarchische Schaltwerkstrukturen

  • 7. Kapitel: Schaltwerke (Anwendungen)

- 7.1 Standards zur Dokumentation
- 7.2 Latches und Flipflops
- 7.3 Zähler
- 7.4 Schieberegister

protected link 24. Vorlesung (22.01.2013)
  • 7. Kapitel: Schaltwerke (Anwendungen)

- Wiederholung: 7.4 Schieberegister
- 7.5 Iterative Schaltnetze versus Schaltwerke
- 7.6 Design-Methodik für synchrone Systeme
- 7.7 Problematik bei synchronen Designs

protected link 25. Vorlesung (24.01.2013)
  • 7. Kapitel: Schaltwerke (Anwendungen)

- Wiederholung: 7.7 Problematik bei synchronen Designs

  • 8. Kapitel: Speicher, PLDs, CPLDs & FPGAs

- 8.1 Speicher
- 8.2 Programmable Logic Devices (PLDs)

protected link 26. Vorlesung (31.01.2013)
  • 8. Kapitel: Speicher, PLDs, CPLDs & FPGAs

- 8.2 Programmable Logic Devices (PLDs) (Forts.)
- 8.3 Complex Programmable Logic Devices (CPLDs)
- 8.4 Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs)

  • Besprechung der Ergebnisse zur Lehrevaluation
  • 9. Kapitel: Mikroprozessortechnik (Grundlagen)

- 9.1 Historisches
- 9.2 Von-Neumann-Architektur
- 9.3 Komponenten eines Mikroprozessors