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Technische Universität München

Grundlagen der Elektrotechnik I

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Oliver Lenke [L]
Shichen Huang
Walter Stechele
Thomas Wild
Umfang 4 SWS
Semester Wintersemester 2024/25
Unterrichtssprache Deutsch

Teilnahmekriterien

Siehe TUMonline

Lernziele

Nach der Teilnahme an der Veranstaltung sind die Studierenden in der Lage grundlegende Schaltungskonzepte digitaler Logik und Funktionsblöcke zu verstehen, eine optimierte Realisierung endlicher Automaten zu entwerfen, und technische wie wirtschaftliche Implikationen beim Entwurf digitaler Schaltungen zu bewerten. Ferner erwerben die Studierenden ein Grundverständnis der Funktionsweise von MOS-Transistoren, von CMOS Schaltungen und von Mikroprozessoren.

Beschreibung

Das Modul vermittelt ein grundlegendes Verständnis der Bedeutung digitaler Schaltungen, dem Moore'schen Gesetz und der Architektur von Mikroprozessoren.
Folgende Themengruppen werden behandelt:
* Rechnen im Binärsystem, Konversion von Zahlensystemen, Wertebereich, Festkomma, Fließkomma,
* Boole'sche Algebra, kombinatorische und sequentielle Logik, arithmetische Operatoren, endliche Automaten, Daten- und Kontrollpfad, synchrone Schaltungen, Zeitanalyse, Pipelining und Parallelisierung,
* MOSFET Transistoren, CMOS Logikschaltungen, Zeitverhalten, Verlustleistung,
* RISC Prozessor Grundlagen, Rechenwerk, Speicherhierarchie, Datenpfadpipeline, Performanz, Datenabhängigkeiten, Branch Prediction, spekulative Ausführung.

Inhaltliche Voraussetzungen

Abiturwissen in Physik und Mathematik

Lehr- und Lernmethoden

Das Modul enthält eine Vorlesung und wöchentliche Zentralübung. In der Vorlesung werden über einen Vortrag des Dozenten theoretische Inhalte und einführende Beispiele vermittelt. Diese werden dann in den Zentralübungen exemplarisch anhand von konkreten Aufgabenstellungen eingeübt.
Zusätzlich zur Zentralübung werden Tutorübungen in mehreren parallelen Gruppen angeboten. Die Gruppengröße ist dort markant geringer als in der Zentralübung. Die Tutoren sind ältere Studierende und damit den Erstsemestern möglichst nahe stehend, um den Stoff aus deren Sicht zu vertiefen.
Als Lernmethode wird zusätzlich zu den individuellen Methoden der Studierenden eine vertiefende Wissensbildung durch mehrmaliges Aufgabenrechnen in Übungen und Tutorübungen angestrebt.

Studien-, Prüfungsleistung

Die Prüfung erfolgt als schriftliche Klausur, 75 Minuten. Dabei weisen die Studierenden durch die Beantwortung von Verständnisfragen und durch die Lösung von Rechenaufgaben nach, dass sie die Funktionsweise digitaler Schaltungen verstehen, Dimensionierungsregeln anwenden und technische und wirtschaftliche Implikationen bewerten können.

Empfohlene Literatur

- J. Rabaey: "Digital Integrated Circuits", Prentice Hall
- J. Wakerly: "Digital Design Principles and Practices", Prentice Hall
- H. Lipp, J. Becker: "Grundlagen der Digitaltechnik", Oldenbourg Verlag

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