Digitalrechner — Grundlagen und Anwendungen, 1990
Technische Informatik 1

Im Studium der Elektrotechnik werden zunehmend Informatik-Kenntnisse benötigt. Diese sind gegliedert in Aufbau und Wirkungsweise eines Betriebssystems. Es werden die wichtigsten Grundlagen knapp, aber präzise dargestellt, so daß Studenten im Grundstudium dieses Buch sinnvoll benutzen können.

1 Einleitung.- 2 Historischer Überblick.- 2.1 Die Codierung durch Zeichen.- 2.2 Mechanisierung der Operationen und Zeichen.- 2.3 Programmierbare Ablaufsteuerung von Operationen.- 2.4 Anfänge der Rechenautomaten.- 2.5 Wandel in der Philosophie der Rechner.- 2.6 Datenverarbeitungsanlagen im technologischen Wandel.- 3 Einsatzmöglichkeiten für Datenverarbeitungssysteme.- 3.1 Grundausstattung eines PC.- 3.2 Randbedingungen durch das Betriebssystem.- 3.3 Textverarbeitung.- 3.4 Informationssysteme.- 3.5 Bildung, Unterhaltung, Spiele.- 3.6 Rechnergestützter Entwurf (Computer Aided Design).- 3.7 Prozeßsteuerungen.- 3.8 Kommunikation.- 4 Prinzip analoger-, digitaler- und hybrider Arbeitsweise und Rechentechnik.- 4.1 Analoge Arbeitsweise und Analogrechner.- 4.2 Digitale Arbeitsweise und Digitalrechner.- 4.3 Hybride Arbeitsweise und Hybridrechner.- 5 Darstellung der Information.- 5.1 Zeichendarstellung in digitalen Systemen.- 5.2 Grundbegriffe der Informationstheorie.- 6 Darstellung der Zahlen und Operationen mit Zahlen.- 6.1 Darstellung der Zahlen.- 6.1.1 Das Dezimalsystem.- 6.1.2 Das Dualsystem.- 6.1.3 Das Oktalsystem.- 6.1.4 Das Hexadezimalsystem.- 6.2 Zahlenumwandlung in Zahlensysteme mit anderer Basis.- 6.2.1 Umwandlung von Dual, Oktal- und Hexadezimalzahlen in Dezimalzahlen.- 6.2.2 Umwandlung von Dezimalzahlen in Dualzahlen.- 6.3 Darstellung negativer Zahlen.- 6.3.1 Darstellung negativer Zahlen mit Hilfe des Vorzeichens.- 6.3.2 Negative Zahlen und ihre Komplementdarstellung.- 6.4 Arithmetische Operationen mit Dualzahlen.- 6.4.1 Die Addition zweier positiver Dualzahlen.- 6.4.2 Die Multiplikation zweier positiver Dualzahlen.- 6.4.3 Die Subtraktion zweier Dualzahlen.- 6.4.4 Die Division zweier Dualzahlen.- 6.5 Festkomma- und Gleitkommadarstellung.- 6.5.1 Festkommadarstellung.- 6.5.2 Gleitkommadarstellung.- 6.5.2.1 Addition und Subtraktion bei der Gleitkommadarstellung.- 6.5.2.2 Multiplikation und Division bei der Gleitkommadarstellung.- 7 Einführung in die Codierung.- 7.1 Zweck der Codierung.- 7.2 Wichtige Aspekte der Codierung.- 7.3 Gebräuchliche Codierungen mit fester Wortlänge.- 7.3.1 Darstellung von Zeichen.- 7.3.1.1 Reine Zifferncodierung.- 7.3.1.2 Alphanumerische Zeichen.- 7.4 Bekannte Codierungen mit variabler Wortlänge.- 7.4.1 Der Morse-Code.- 7.4.2 Optimalcodes.- 7.5 Binärcodes für Dezimalzahlen.- 7.5.1 Tetradencodes.- 7.5.1.1 Der BCD-Code.- 7.5.1.2 Der Aiken-Code.- 7.5.1.3 Der Drei-Exzeß-Code.- 7.5.2 Der Gray-Code.- 7.5.3 m-aus-n-Codes.- 7.5.3.1 Der Zwei-aus-fünf-Code.- 7.5.3.2 Der Eins-aus-zehn-Code.- 7.5.4 Der Biquinär-Code.- 7.6 Einfache Verfahren der Fehlererkennung und Fehlerkorrektur.- 8 Boolesche Algebra.- 8.1 Einleitung.- 8.1.1 Historie.- 8.1.2 Verbände, deduktive Theorie.- 8.2 Definition der Booleschen Algebra und Folgerungen.- 8.2.1 Grundbegriffe und Axiome der Booleschen Algebra und Interpretation.- 8.2.2 Folgerungen.- 8.2.3 Funktionstabellen und Wertetabellen.- 8.2.3.1 Funktionstabellen.- 8.2.3.2 Wertetabellen und spezielle Verknüpfungen.- 8.3 Einfache logische Schaltkreise.- 8.3.1 Überblick.- 8.3.2 Technische digitale Schaltkreise und Realisierung von logischen Grundfunktionen.- 8.3.2.1 Das elektromagnetische Relais.- 8.3.2.2 Die Diode als Schalter.- 8.3.2.3 Der Transistor als Schalter.- 8.3.2.4 Umsetzung der Postulate und Theoreme der Booleschen Algebra.- 8.3.3 Schaltungssymbole digitaler Grundschaltungen.- 8.4 Venn und Karnaugh-Veitch-Diagramme.- 9 Schaltnetze.- 9.1 Definitionen.- 9.2 Minimierung von Schaltnetzen.- 9.2.1 Minimierung durch direkte Anwendung der Booleschen Algebra.- 9.2.2 Minimierung mit Hilfe von Diagrammen.- 9.2.3 Unvollständig definierte Funktionen.- 9.2.4 Schaltketten.- 9.3 Beispiele von gebräuchlichen Standard-Schaltnetzen.- 9.3.1 Codeumsetzer.- 9.3.2 Multiplexer, Datenwähler.- 9.4 Übergang vom Schaltnetz zum Schaltwerk.- 10 Aufbau und Wirkungsweise eines Digitalrechners.- 10.1 Wirkungsweise eines einfachen Digitalrechners.- 10.1.1 Das Steuerwerk des Digitalrechners.- 10.1.1.1 Steuerwerk mit festverdrahteten logischen Schaltungen.- 10.1.1.2 Steuerwerk mit Mikroprogrammspeicher.- 10.1.2 Das Rechenwerk.- 10.1.3 Der Speicher des Rechners.- 10.1.4 Die Busse des Rechners.- 10.1.5 Ausführung eines Maschinenbefehls.- 10.2 Die Speicherhierarchie.- 10.2.1 Einteilung der Speicher nach physikalischen Phänomenen.- 10.2.2 Cache-Speicher.- 10.2.3 Arbeitsspeicher.- 10.2.4 Massenspeicher.- 10.3 Der Befehlssatz.- 10.3.1 Transferbefehle.- 10.3.2 Arithmetische- und Logische Befehle.- 10.3.3 Schiebebefehle.- 10.3.4 Steuerbefehle.- 10.3.5 Unterschiedliche Befehle.- 10.3.6 Ein-/ Ausgabebefehle.- 10.4 Adressierungsarten.- 10.4.1 Die implizite Adressierung.- 10.4.2 Registeradressierung.- 10.4.3 Unmittelbare Adressierung.- 10.4.4 Absolute Adressierung.- 10.4.5 Relative Adressierung.- 10.4.6 Indirekte Adressierung.- 10.4.7 Indizierte Adressierung.- 10.4.8 Kombination der Adressierungsarten.- 11 Ein-/Ausgabeverarbeitung.- 11.1 Programmgesteuerte Ein-/Ausgabe.- 11.2 Unterbrechungsgesteuerte Ein-/Ausgabe.- 11.3 Direkter Datenkanal.- 11.4 Realisierungen mit E/A-Bausteinen.- 12 Schnittstellen und Busse.- 12.1 Schnittstellen.- 12.1.1 Bedeutung der Schnittstellen.- 12.1.2 Beispiele von Standardschnittstellen.- 12.1.2.1 Die RS-232-Schnittstelle.- 12.1.2.2 Die Centronics-Schnittstelle.- 12.2 Busse.- 12.2.1 Bedeutung der Busse.- 12.2.2 Beispiele von Standardbussen.- 12.2.2.1 Der IEC-Bus.- 12.2.2.2 Der VME-Bus.- 12.2.2.3 Der Multibus II.- 13 Bauelemente und Trends in der Hardwareentwicklung.- 13.1 Integrierte Schaltungen für die Entwicklung digitaler Systeme.- 13.1.1 Standardschaltungen.- 13.1.1.1 Fest vorgegebene Schaltungen.- 13.1.1.2 Anwenderprogrammierbare Schaltungen.- 13.1.1.2.1 Fest programmierbare Schaltungen.- 13.1.1.2.2 Reprogrammierbare Schaltungen.- 13.1.2 Anwenderspezifische Schaltungen.- 13.1.2.1 Teilentwicklung durch Anwender.- 13.1.2.1.1 Gate Arrays.- 13.1.2.1.2 Standardzellen.- 13.1.2.2 Voll anwenderspezifische integrierte Schaltungen.- 13.2 Hilfsmittel für den Entwurf von logischen Schaltungen.- 13.2.1 Hilfsmittel für die Bauteilentwicklung.- 13.2.1.1 Werkzeuge bei anwenderprogrammierbaren Bausteinen.- 13.2.1.2 Werkzeuge für die Entwicklung anwenderspezifischer Bausteine.- 13.2.2 Hilfsmittel für die Systementwicklung: CAE, CAD, CAM.- 14 Aufgaben und Funktionen eines einfachen Betriebssystems.- 14.1 Einleitung.- 14.2 Unterschiedliche Sichten eines Betriebssystems.- 14.3 Ein-/Ausgabe von Daten.- 14.4 Dateiverwaltung.- 14.4.1 Dateisystem.- 14.4.1.1 Datei, Verzeichnis, Datenträger.- 14.4.1.2 Zugriffsrechte.- 14.4.2 Datenbanksystem.- 14.5 Speicherverwaltung.- 14.6 Jobabwicklung und Prozeßverwaltung.- 14.6.1 Formen der Jobabwicklung.- 14.6.2 Prozeßverwaltung.- 14.7 Verfügbarmachen von Standarddienstleistungen.- 14.7.1 Kommandointerpreter.- 14.7.2 Systemprogramme.- 14.7.3 Netzwerkleistungen.- 14.7.4 Datenschutz und Datensicherung.- 14.7.5 Standard-Dialogschnittstellen.- 14.8 Betriebssystementwicklung im historischen Überblick.- 15 Tabellen.- 15.1 Potenzen von.- 15.2 ASCII-7bit-Code.- 15.3 ASCII-8bit-Code.- 15.4 EBCDIC-Code.- 15.5 Fernschreibcode.- Namen- und Sachregister.