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TI-Studium-Mitschriften/Semester 6/COMARCH/Zusammenfassung/Vorlesung 3a.md
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2025-07-08 18:34:59 +02:00

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📘 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.

🔁 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.

🕒 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.

🔄 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

⏱️ 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

📝 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