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2025-07-08 18:34:59 +02:00
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85
Semester 6/COMARCH/Zusammenfassung/Vorlesung 3a.md
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### 🔌 Schaltnetze (Combinatorial Logic)
- **Merkmale:**
- Keine Schleifen
- Keine Rückkopplung
- Keine Zustände (stateless)
- Gleiche Eingabe → gleiche Ausgabe
- Benötigt Zeit zur Ausgabeerzeugung (aber keinen Takt)
- Keine Schleifen
- Keine Rückkopplung
- Keine Zustände (stateless)
- Gleiche Eingabe → gleiche Ausgabe
- Benötigt Zeit zur Ausgabeerzeugung (aber keinen Takt)
- **Praxisbezug:** Einfache Logik wie Addierer, Multiplexer, Decoder sind Schaltnetze.
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### 🔁 Endliche Automaten (Finite State Machines, FSM)
- **Merkmale:**
- Schleifen und Rückkopplungen möglich
- Zustände vorhanden (stateful)
- Gleiche Eingabe kann unterschiedliche Ausgaben erzeugen – abhängig vom aktuellen Zustand
- Braucht Zeit zur Ausgabeerzeugung
- **Meist getaktet**, um Design und Analyse zu vereinfachen
- Schleifen und Rückkopplungen möglich
- Zustände vorhanden (stateful)
- Gleiche Eingabe kann unterschiedliche Ausgaben erzeugen – abhängig vom aktuellen Zustand
- Braucht Zeit zur Ausgabeerzeugung
- **Meist getaktet**, um Design und Analyse zu vereinfachen
- **Praxisbezug:** Steuerwerke in Prozessoren sind typischerweise FSMs.
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### 🕒 Vom Schaltnetz zum Endlichen Automaten
- Erweiterung von Schaltnetzen durch:
1. **Flip-Flops** → Speichern von Zuständen
2. **Getaktete Flip-Flops** → Synchronisation der Zustandsänderung
3. **Flankengesteuerte Flip-Flops** → Reagieren nur auf steigende oder fallende Taktflanken
1. **Flip-Flops** → Speichern von Zuständen
2. **Getaktete Flip-Flops** → Synchronisation der Zustandsänderung
3. **Flankengesteuerte Flip-Flops** → Reagieren nur auf steigende oder fallende Taktflanken
- Ergebnis: **Deterministischer Endlicher Automat (DEA)** mit Taktsteuerung.
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### 🔄 Struktur eines DEAs
- **Bestandteile:**
- Zustandspeicher (z. B. Flip-Flops)
- Kombinatorische Logik
- Takt
- Zustandspeicher (z. B. Flip-Flops)
- Kombinatorische Logik
- Takt
- **Ablauf:**
- Kombinatorische Logik berechnet den nächsten Zustand aus aktuellem Zustand + Eingabe
- Zustandspeicher aktualisiert sich bei Taktflanke
- Ausgabe wird aus Zustand/Eingabe erzeugt
- Kombinatorische Logik berechnet den nächsten Zustand aus aktuellem Zustand + Eingabe
- Zustandspeicher aktualisiert sich bei Taktflanke
- Ausgabe wird aus Zustand/Eingabe erzeugt
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### ⏱️ Zeitliche Aspekte
- Jeder Schritt im Automaten braucht Zeit für:
- Propagation durch die Logik
- Synchronisation mit dem Takt
- Propagation durch die Logik
- Synchronisation mit dem Takt
- **Ohne Takt:** Asynchrone Schaltungen
- **Mit Takt:** Syntaktische FSM → bevorzugt in modernen Prozessoren
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✅ DEA Aufbau: Zustandspeicher + Kombinatorische Logik + Takt
✅ Flankengesteuerte Flip-Flops: warum wichtig?
✅ Warum getaktete Automaten Analyse und Design erleichtern
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### 📦 Lernpaket (bisher)
- **V1 Einführung** → Überblick, Historie, Abstraktionsebenen
- **V2 Architekturen** → ISA-Arten, RISC vs. CISC, Moore’s Law
- **V3a Schaltnetze & Automaten** → Logikstrukturen & FSM