Vertiefung: Funktionsweise eines Schaltnetzes
Aufgabe 1
Drücke im folgenden Simulator den Button mit der Schnecke. Nun läuft die Simulation in Zeitlupe. Eine Sekunde echter Zeit entspricht einer Nanosekunde (d.h. einer milliardstel Sekunde) in der Simulation.
Drücke den Schalter einmalig und beobachte die Simulation für mindestens 10 Sekunden (Echtzeit; d.h. 10 Nanosekunden in der Simulation). Wiederhole dies.
Bschreibe deine Beobachtung.
Tipp: Ein Zahnrad an einem Gatter zeigt an, dass dieses Gatter gerade einen neuen Ausgangswert berechnet.
Die Gatterlaufzeit
Ändern sich die Eingangswerte eines Gatters, so führt dies zu einer erneuten Berechnung der Ausgangswerte. Die neuen Ausgangswerte werden erst eine Gatterlaufzeit später an den Ausgängen ausgegeben.
Bsp.:
In der folgenden Tabelle sind typische Gatterlaufzeiten dargestellt:
| Gatterlaufzeit | ||
|---|---|---|
|
Gatter in Relais-Technik (z.B. Zuse Z3) |
mehrere $ms$ $(1ms = 10^{-3}s)$ |
|
|
integrierte Schaltung (IC) aus der Logik-Familie HC (z.B. 74HC08: IC mit 4 AND-Gattern) |
ca. $10 ns$ $(1ns = 10^{-9}s)$ |
|
| moderne Prozessoren |
weniger als $1 ps$ $(1ps = 10^{-12}s)$ |
Funktionsweise eines Schaltnetzes
Aufgabe 2
Im folgenden Simulator ist der Multiplexer dargestellt, den du schon von der Seite TODO Link kennst. Drücke den Button mit der Schnecke, so dass die Simulation in Zeitlupe läuft.
Drücke den Schalter Teilnehmer 0 einmalig und beobachte die Simulation für mindestens 15 Sekunden (Echtzeit; d.h. 15 Nanosekunden in der Simulation).
Bschreibe deine Beobachtung.
Wird ein Schalter gedrückt (d.h.: der Wert einer Eingangsvariablen ändert sich), so werden alle Gatter, die an diesem Schalter angeschlossen sind, neu berechnet. Eine Gatterlaufzeit später geben diese Gatter neue Werte aus. Dies führt dazu, dass weitere Gatter neu berechnet werden, usw. Änderungen an den Eingangsvariablen bewirken also "von links nach rechts" Neuberechnungen von Gattern. Da Gatterlaufzeiten sehr klein sind, bemerkt man diesen Prozess oft nicht.
Gatter sind über Leitungen miteinander verbunden. Ändert sich der Ausgangswert eines Gatters, so dauert es einige Zeit, bis diese Änderung bei dem Eingang des nächsten Gatters angekommen ist. Diese Zeit heißt Signallaufzeit. Befinden sich alle Gatter einen Schaltnetzes nah beieinander, so ist die Signallaufzeit oft deutlich kleiner als die Gatterlaufzeit. Deshalb haben wir die Signallaufzeit vernachlässigt. In DSimWeb ist die Signallaufzeit immer 0.
Bsp.: Bei dem Multiplexer (oben im Simulator) wird der Schalter Teilnehmer 1 eingeschaltet.
Aufgaben
Quellen
- [1]: Zuse Z3(letzter Zugriff: 11.4.2026) - Urheber: Venusianer - Lizenz: Creative Commons BY-SA 3.0
-
[2]: 74HC08 - Urheber: MIB - Lizenz: inf-schule.de
unter Verwendung von:
- DIL14_Labelled(letzter Zugriff: ) - Urheber: Inductiveload - Lizenz: Gemeinfrei
- [3]: 2023_Intel_Core_i7_12700KF(letzter Zugriff: 11.4.2026) - Urheber: Jacek Halicki - Lizenz: Creative Commons BY-SA 4.0