Hardware Design Formaler Entwurf digitaler Schaltungen

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.

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.

Prof. Dr. Jörg Keller, FernUniversität-GH Hagen
Prof. Dr. Wolfgang J. Paul, Universität des Saarlandes