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3.2 Grundlegende digitale logische Schaltungen3.2.1 Integriete Schaltungen (1/2)

• Auch IC (Integrated Circuit) oder Chip genannt Typischerweise ein Stück Silikon (1*1 cm)

• Beispiel eines Chip mit vier Gates und 14 Pins

© Béat Hirsbrunner, University of Fribourg, Switzerland 23. November 2005

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3.2.1 Integriete Schaltungen (2/2)

• 4 Klassen von Chips (je nach Anzahl von Gates) SSI-Schaltung (Small Scale Integrated): 1 bis 10 Gates MSI-Schaltungen (Medium Scale Integrated): 10 bis 100 Gates LSI-Schaltungen (Large Scale Integrated): 100 bis 100’000 Gates VLSI-Schaltungen (Very Large Scale Integrated): > 100’000 Gates

• Pins Jeder Pin passt zum Eingang- oder Ausgang eines Gates auf dem

Chip oder zum Strom bzw. Zur Masse

• Uebliche Anzahl von Pins: 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 40, 64, 68 (und bald 128, …) Die Pins sind auf 2 oder 4 Seiten des Chips angeordnet (oder an

der Unterseite)

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3.2.2 Kombinationsschaltungen (1/3)

n-Multiplexer

Definition. Schaltung mit :

- 2n Dateneingänge

- n Steuereingänge

- 1 Datenausgang

Eigenschaft. Jede Wahrheits-tabelle mit n Variablen kann mit einem n-Multiplexer dargestellt werden:

- jeder Eingang Di wird entweder mit Masse (logische 0) oder mit Vcc (logische 1) verdrahtet.

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3.2.2 Kombinationsschaltungen (2/3)

Beispiel: die Mehrheitsfunktion (cf. Fig. 3.3)

jeder Eingang Di wird entweder mit Masse (logische 0) oder mit Vcc (logische 1) verdrahtet.

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3.2.2 Kombinationsschaltungen (3/3)

• Demultiplexer 1 Eingangssignal, n Steuerleitungen, 2n Ausgangsleitungen Ausgang k wird gewählt wenn der binärwert der Steuerleitungen k beträgt

• Dekodierer n Eingangssignale, 2n Ausgangsleitungen Ausgang k wird gewählt wenn der binärwert der Eingangssignale k beträgt

(cf. Fig. 3.13)

• Komparator 2n Eingangssignale, 1 Ausgangssignal Ausgangssignal = 1 falls alle n Eingangssignale paarweise identisch sind

(cf. Fig. 3.14)

• Programmierte Logik-Arrays (Programmable Logik Array, PLA) … (cf. Fig. 3.15)

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Programmierte Logik-Array (PLA)

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3.2.3 Arithmetische Schaltungen (1/5)

• Schieber Verschiebung eines bits nach rechts (c=1) oder nach links (c=0)

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3.2.3 Arithmetische Schaltungen (2/5)

• 1-Bit Addierer (Halbaddierer) Nur geeignet für eine einzige 1-Bit Addition

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3.2.3 Arithmetische Schaltungen (3/5)

• 1-Bit Addierer (Voll Addierer) Geeignet für eine Reihe von 1-Bit Additionen

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3.2.3 Arithmetische Schaltungen (4/5)• ALU (Arithmetic Logic Unit)

F0 F1 Ouptput

0 0 A and B

0 1 A or B

1 0 not B

1 1 A + B + Carry in

(ENA=1, ENB=1, INVA=0)

ENA : Enable AENB : Enable BINVA : Invert (A and ENA)

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3.2.3 Arithmetische Schaltungen (5/5)

• 8-Bit ALU Gebaut mit acht 1-Bit-ALU

(auch « Bit-Slice-Prozessoren » genannt)

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3.2.4 Taktgeber (Clock)

Ein vier-Takt (Fig. a-b)1. Steigendes C12. Steigendes C23. Fallendes C14. Fallendes C2

Asymmetrischer Takt(Fig. c)

BB

A

B

C

• •

•