Einführung in die Digitaltechnik
Die Digitaltechnik arbeitet im Gegensatz zur Analogtechnik mit diskreten anstatt kontinuierlichen Signalen.
Zudem haben die Signale meist nur einen geringen Wertevorrat, in aller Regel von zwei Werten. Diese Werte sind meist 1 (Strom) und 0 (kein Strom) oder H (HIGH) und L (LOW), welche die booleschen Konstanten „Wahr“ und „Falsch“ repräsentieren.
positive und negative Logik
Wenn ein High-Pegel mit 1 und ein Low-Pegel mit 0 dargestellt wird, spricht man von positiver Logik, bei umgekehrtem Sachverhalt, also LOW-Pegel = 1 und HIGH-Pegel = 0 von negativer Logik. Zusätzlich müssen in realen Schaltungen noch weitere mögliche Zustände beachtet werden. Hierzu gehört etwa der unbestimmte und der hochohmige Zustand.
Digitale Schaltungen bestehen hauptsächlich aus Logikelementen, wie
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AND
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NAND
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OR
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NOR
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NOT
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XOR
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XNOR
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und anderen
mit denen digitale Ja/Nein-Informationen miteinander verknüpft werden, zum Beispiel im Rahmen von Zählern oder Flipflops. Komplexere Anwendungen sind Prozessoren.
Theoretisch reicht eine einzige Art (NAND oder NOR) von Gattern, dann als „Basis“ bezeichnet, um alle anderen logischen Funktionen zusammenzusetzen. Bei der Digitaltechnik wird meist unter Verwendung der Schaltalgebra das Dualsystem (entsprechend obiger Ja/Nein-Unterscheidung) zugrunde gelegt. So lässt sich für jedes Logikelement eine Schaltfunktion erstellen, die ihre Funktionsweise beschreibt. In der Praxis verwendet man meist nur NAND-Gatter, mit denen man die Funktionen der anderen Gatter nachbilden kann.
Digitale Schaltungen können zusätzlich zu logischen Funktionen auch zeitabhängige Bestandteile enthalten und ferner takt- oder zustandsgesteuert (synchron/asynchron) arbeiten. Enthält eine digitale Schaltung lediglich Logikelemente ohne Rückkopplung von Ausgängen auf Eingänge, so spricht man von einem Schaltnetz. Werden zusätzlich Speicher verwendet, oder mindestens ein Ausgang auf einen Eingang zurückgekoppelt, so handelt es sich um ein Schaltwerk oder auch einen Automaten. Ein Mikrocontroller oder Prozessor besteht hauptsächlich aus diesen Logikelementen und wird über einen Datenbus mit Speichern und anderen digitalen Baugruppen erweitert. Eine zeitlich gestaffelte Ausführung von Logikverknüpfungen ist möglich. Diese können festverdrahtet oder programmiert sein.
Logikelemente
Ein Signal, dessen Zustand ausschließlich durch zwei Werte beschrieben wird, ist ein binäres Signal und wird als BIT = BINARY DIGIT bezeichnet. Ein BIT steht als Einheit für ein binäres Signal und stellt damit die kleinste informationstechnische Einheit mit zwei klaren Signalzuständen, definiert "0" oder"1", dar.
4 Bit ergeben ein Halbbyte bzw. ein Nybble. 2 Nybbles/Halbbytes ergeben ein Byte.
8 Bit werden zu einem Byte zusammengefasst. Ein Byte kann in Binärdarstellung die Werte 0 bis 255 oder die Werte -127 bis +127 annehmen. Zwei zusammengehörende Byte (2Byte = 16 Bit) sind ein digitales Wort (WORD). 1 Wort = 2 Byte = 16 Bit. Zwei Wörter die zusammengehören ergeben ein digitales Doppelwort (DWORD). 1 Doppelwort = 2 Wörter = 4 Byte = 32 Bit.
