Mikrocomputer, Struktur und Arbeitsweise

Die moderne Digitalelektronik hat in den letzten Jahren einen ungeahnten Aufschwung genommen. Die hoch-und hochstintegrierten Schaltkreise dringen in nahezu aile Bereiche des taglichen Lebens ein, von der Konsumelektronik, den komplexen Steuerungen im Be­ reich der Wissenschaft und Technik bis zum gr6Bten Computer. Sie haben schon jetzt ganze Berufszweige entscheidend verandert, und ihre Bedeutung in der Arbeitswelt ist selbst von Experten noch nicht abzusehen. Auch in die Bereiche von Bildung und Aus­ bildung dringen sie in Form der programmierbaren Taschenrechner, der Personalcom­ puter und der MeBgeratesteuerungen unaufhal!sa . ein. Die Ursache dieser "elektroni­ lTl schen Revolution" ist der Mikroprozessor, die auf einem kleinen Siliziumkristall reali­ sierte Zentraleinheit (CPU) eines Computers. Der Mikroprozessor ist also nicht nur ein einzelnes Bauelement fest vorgegebener (verdrahteter) Funktion, sondern er erm6glicht zusammen mit seiner Peripherie die L6sung einer groBen Anzahl von Problemen. Denn Schaltungsanderungen, die z. B. durch Anderung der Problemstellungen notwendig wer­ den, konnen im Gegensatz zu herk6mmlichen Schaltungen in Mikroprozessorschaltungen allein durch Programmanderungen vorgenommen werden - Hardware wird durch Soft­ ware ersetzt -. Man trifft haufig auf die Meinung, daB der innere Aufbau eines gegebenen Mikroprozes­ sors nicht bekannt zu sein braucht, wenn nur sein Befehlssatz und seine AnschluBbele­ gung bekannt sind. 1m Gegensatz zu dieser Einstellung 5011 im folgenden anhand eines aus Digitalbausteinen aufgebauten Modellprozessors versucht werden, den Mikroprozes­ sor "durchsichtig" zu machen.

Historischer Überblick.- Zahldarstellungen.- 1 Boolesche Algebra.- 1.1 Boolesche Funktionen.- 1.2 Normalformen und Termumformungen.- 1.3 Das Karnaugh-Diagramm.- 1.4 Veranschaulichung der Schaltalgebra.- 2 Flipflops.- 2.1 Ungetaktete Flipflops.- 2.2 Dynamische Flipflops.- 2.3 Zweiflankengesteuerte Flipflops.- 2.4 Systematik der Flipflop-Typen.- 2.5 Realisierung von dynamischen Eingängen in integrierten Flipflops.- 3 Zähler.- 3.1 Asynchron-Zähler.- 3.2 Synchron-Zähler.- 3.3 Vorwärts- Rückwärtszähler.- 3.4 BCD-Zähler.- 3.5 Programmierbare Zähler.- 4 Schieberegister.- 5 Multiplexer.- 6 Open Collector- und Tristate-Ausgänge.- 7 Codierschaltungen.- 7.1 Dezimal- zu BCD-Codierer.- 7.2 1-aus-10-Codierer.- 7.3 7-Segment-Codierer.- 8 Speicher.- 9 Prinzipieller Aufbau des Mikroprozessors.- 9.1 Parallele, serielle Signalverarbeitung.- 9.2 Logikeinheit.- 9.3 Ablaufsteuerung.- 9.4 3-, 2-, 1-Adreß-Maschine.- 9.5 Programm, Programmspeicher, Programmzähler.- 9.6 Status.- 9.7 Befehlsdecoder.- 9.8 Befehlszyklus.- 9.9 Stack.- 9.10 Arithmetisch-logische Einheit, ALU.- 9.11 Busstruktur.- 9.12 Begriffsbildung.- 10 Der Modell-Prozessor.- 10.1 Die arithmetisch-logische Einheit, ALU.- 11 Peripherie des Prozessors.- 11.1 Bussystem.- 11.2 Arbeitsspeicher.- 11.3 Bedienungseinheit.- 11.4 Programmbeispiel.- 11.5 I/O-Port.- 11.6 DMA-Controler.- 12 Analog-Digital-Wandler.- 12.1 Digital-Analog-Wandler.- 12.2 Analog-Digital-Wandler nach dem Zählverfahren.- 12.3 Analog-Digital-Wandler nach dem "Wägeverfahren".- 12.4 Versuche in Verbindung mit dem Modell-Mikroprozessor.- 13 Schaltungstechnische Realisierung.- 13.1 Der D/A-Wandlerbaustein.- 13.2 Der zählende Analog-Digital-Wandler.- 13.3 Wandler nach dem "Wägeverfahren".- Sachwortverzeichnis.