TI-Studium-Mitschriften/Semester 6/COMARCH/Zusammenfassung/Vorlesung 3a.md

📘 Zusammenfassung: V3a Von Schaltnetzen zu Endlichen Automaten

🔌 Schaltnetze (Combinatorial Logic)

• Merkmale:

  • 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

• 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

• Ergebnis: Deterministischer Endlicher Automat (DEA) mit Taktsteuerung.

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🔄 Struktur eines DEAs

• Bestandteile:

  • 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

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⏱️ Zeitliche Aspekte

• Jeder Schritt im Automaten braucht Zeit für:

  • Propagation durch die Logik

  • Synchronisation mit dem Takt

• Ohne Takt: Asynchrone Schaltungen

• Mit Takt: Syntaktische FSM → bevorzugt in modernen Prozessoren

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📝 Für die Klausur merken

✅ Unterschied Schaltnetz ↔ Endlicher Automat
✅ Rolle von Flip-Flops beim Speichern von Zuständen
✅ 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