Fragen zur Computertechnik

@OpenEyes
Klasse.. dann wünsch ich erholsamen Schlaf :)

libertarian schrieb:Das habe ich leider nicht, aber so halbwegs kann ichs nun auch auf den elektronischen Bereich versinnbildlichen, aber wenn ich ganz genau den elektrischen Weg sehen könnte, das wäre natürlich klasse.

@libertarian

Kannst du bei nem heutigen Mikroprozessor glatt vergessen. Die bestehn aus mehreren Millionen Transistoren ^^

Verstehen kannst du sie aber anhand eines Blockschaltbildes:



Ist net grad das beste Blockschema... findest bestimmt noch bessere.

Hier noch ein paar Links, die dich vielleicht interessieren koennten:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/index.htm
http://www.mikrocontroller.net/
http://www.hobbyelektronik.de/

Ich rate dir, dich erst mal ein wenig mit den Grundlagen der Elektronik/Digitaltechnik/Elektrotechnik zu befassen ;)
Falls du mal selbst was Basteln willst, kannst dich gerne melden. Es gibt sehr viele Schaltungen, die net so aufwaendig sind und trotzdem nuetzlich oder lustig ^^

@wyattgilette

WyattGillette schrieb:Ich rate dir, dich erst mal ein wenig mit den Grundlagen der Elektronik/Digitaltechnik/Elektrotechnik zu befassen

Ohja, vorallem wenn ich so Begriffe wie ALU, Flags, Puffer höre :)

WyattGillette schrieb:Falls du mal selbst was Basteln willst, kannst dich gerne melden. Es gibt sehr viele Schaltungen, die net so aufwaendig sind und trotzdem nuetzlich oder lustig ^^

werde ich beherzigen :)

@libertarian

Zu den Fachbegriffen kommen wir noch, versuch nicht, alles auf einmal zu schlucken sonst verdirbst Du Dir den Magen :)

Ich habe jetzt zwei ganz einfache Schaltbilder hereingestellt damit Du eine Vorstellung davon bekommest wie die Grundelemente eines Computers funktionieren

( @WyattGillette Du hast schon recht, in modernen Mikroprozessoren sind tatsächlich Millionen Transistoren, aber sie alle bilden nur die Grundelemente die ich jetzt beschreibe).

Das erste links im Bild ist ein ganz einfaches AND - Gate und wurde in dieser Form tatsächlich bis etwa 1970 in allen möglichen Typen von Computern eingesetzt.
Die beiden Eingänge links können entweder +5 Volt (eine logische 1) oder 0 Volt (logische 0) haben.
Da die Eingänge auf die beiden Dioden führen, welche wie ein Ventil funktionieren (Strom kann nur fließen wenn die Anode gegenüber der Kathode positiv ist) wird der Verbindungspunkt mit dem Widerstand auf 0 Volt heruntergezogen, wenn auch nur einer der beiden Eingänge 0 Volt hat. Damit also der Ausgang +5 Volt (eine logische 1) hat, müssen beide Eingänge, also A UND B auf +5 Volt sein.
Also A und B auf +5 Volt -> Ausgang auf +5 Volt. Man kann aber ebenso sagen:
A oder B auf 0 Volt -> Ausgang auf 0 Volt
Mit anderen Worten, man kann jedes AND - Gate auch als OR - Gate betrachten wenn man 0 und 1 umgekehrt definiert.

Im rechten Teil siehst Du (vereinfacht) ein NAND - Gate, eine Schaltung die einen großen Teil der Millionen Transistoren in einem Mikroprozessor ausmacht.
In dieser Schaltung sind die Dioden durch MOSFETs ersetzt. Ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) in der gezeicheten Form hat einen sehr hohen Widerstand wenn sein Eingang (das sogenannte Gate) in diesem Fall auf +5 Volt liegt und einen sehr geringen Widerstand wenn das Gate auf 0 Volt liegt.
Wenn in dieser Schaltung also ein oder beide Eingänge auf 0 Volt liegen ist der Ausgang der Schaltung auf +5 Volt, liegen beide Eingänge auf +5 Volt, dann liegt der Ausgang auf 0 Volt.

Die logische Funktion der Schaltung ist also "nicht A oder nicht B" -> Ausgang 1 oder, umgekehrt betrachtet "A und B" ->Ausgang 0. Indem man einen weiteren Transistor an den Ausgang schaltet kann man dessen Polarität umkehren und hat dann das gleich Verhalten wie in der Diodenschaltung.

Das es MOSFETs mit beiden Polaritäten gibt kann diese Schaltung auch mit umgekehrter Polarität gebaut werden, dann führt der Widerstand nach +5 Volt und die MOSFETSs sind mit 0 Volt verbunden. Die Funktion ist dabei die selbe.

Melde Dich bitte wenn alles klar ist :)

@OpenEyes

Wenn du das echt durchziehst, von den And Or-Gattern zu mathematischer Logik und binärer Arithmetik zu Flip-Flops zu Schieberegistern zur Maschinensprache zum Assembler,
dann ein aufrechtes Chapeau für deine Geduld.

@OpenEyes
Ein paar Fragen hätte ich da schon noch - beim And-Gate kann ichs mir vorstellen, wenn beide Eingänge auf 5-Volt liegen, werden sie im Verbindungspunkt 10 Volt betragen, wo sie dann durch einen Widerstand auf die Hälfte zurückgetrimmt werden, so dass der Ausgangspunkt 5 Volt beträgt, damit wäre die Funktion erfüllt, würden nämlich nur 5 plus 0 oder 0 plus 0 Volt, würden entweder gar kein Volt oder 2.5 Volt am Ausgang eintreffen, und somit wäre die Funktion nicht erfüllt...... richtig?
Und da stellt sich mir die Frage, wenn beim Nand-Gate maximal 5 Volt den Ausgang erreichen oder aber gar keines, wie wird die Funktion dann erfüllt?? etwa indem alles was dorthingelangt auf 0 Volt herabgetrimmt wird und danach iwie auf 5 verstärkt, es müsste doch mindestens 5 Volt also durchgelassen werden, denn wie sollen 0Volt und 0Volt am Ausgang wiederum 5 ergeben??

@libertarian

libertarian schrieb:Ein paar Fragen hätte ich da schon noch - beim And-Gate kann ichs mir vorstellen, wenn beide Eingänge auf 5-Volt liegen, werden sie im Verbindungspunkt 10 Volt betragen, wo sie dann durch einen Widerstand auf die Hälfte zurückgetrimmt werden, so dass der Ausgangspunkt 5 Volt beträgt, damit wäre die Funktion erfüllt, würden nämlich nur 5 plus 0 oder 0 plus 0 Volt, würden entweder gar kein Volt oder 2.5 Volt am Ausgang eintreffen, und somit wäre die Funktion nicht erfüllt...... richtig?
Und da stellt sich mir die Frage, wenn beim Nand-Gate maximal 5 Volt den Ausgang erreichen oder aber gar keines, wie wird die Funktion dann erfüllt?? etwa indem alles was dorthingelangt auf 0 Volt herabgetrimmt wird und danach iwie auf 5 verstärkt, es müsste doch mindestens 5 Volt also durchgelassen werden, denn wie sollen 0Volt und 0Volt am Ausgang wiederum 5 ergeben??

Ah, ich sehe, da gibt e seinige Missverständnisse.

Schau Dir die erste Schaltung noch einmal an:
Da haben wir eine Betriebsspannung von +5 Volt. An dieser Betriebsspannung hängt der Widerstand. Soweit klar?
Jetzt denk Dir mal den ganzen Rest der Schaltung weg, also nur die +5 Volt und der Widerstand sind noch da. Dann hast Du an beiden Enden des Widerstandes +5 Volt anliegen. Klar?
So. Und jetzt hängen wir erst einmal die erste Diode dran.
Da das andere Ende der Diode (die Kathode) nirgends angeschlossen ist (wir Techniker sagen "in der Luft hängt") ändert sich auch am Verbindungspunkt zwischen Diode und Widerstand nichts. Da sind immer noch +5 Volt. Immer noch klar?

(Wärst Du in einigermaßen überbrückbarer Nähe zu Wien zu Hause würde ich Dich zu mir einladen, dann wäre das alles leichter zu erklären und auch zu demonstrieren).

OK. Und jetzt verbinden wir die Kathode der Diode mit der 0 Volt Leitung. Was passiert?
Die Diode ist für den Strom durchlässig wenn die Anode gegenüber der Kathode positiv ist, wir haben also die gleichen Verhältnisse (fast) wie wenn wir statt der Diode ein Stück Draht verwenden würden. Der Verbindungspunkt zwischen Diode und Widerstand wird auf 0 Volt hinuntergezogen.

Wenn wir jetzt die zweite Diode ebenfalls anschließen, ihre Kathode aber auf die +5 Volt Leitung hängen ändert sich gar nichts. Bei dieser Diode ist dann nämlich die Kathode auf plus und die Anode auf Minus und damit ist die Diode "gesperrt" das heißt sie leitet in dieser Richtung nicht und verhält sich so als wäre sie garnicht da. Auch wenn wir diese Diode an 0 Volt hängen ändert sich nichts, der Verbindungspunkt mit dem Widerstand liegt ja durch die andere Diode bereits auf 0 Volt.

Wenn also eine der beiden Dioden oder auch beide auf 0 Volt gelegt werden ist der Ausgang der Schaltung auf 0 Volt und nur wenn beide Dioden auf +5 Volt liegen (dann sind beide gesperrt und verhalten sich so als wären sie gar nicht da) liegen am Ausgang über den Widerstand +5 Volt an.

Ist das jetzt so weit klar?
Ich kann mal sehen ob ich im Web ein Javascript finde das das ganze als Animation zeigt, dann wäre es leichter zu verstehen.

@libertarian

Wenn du an zwei verschiedenen Punkten je 5V Potenzial unterschied zur Masse hast, insofern das an Beiden 5V anliegt. Ist der Unterschied zwischen Beiden Punkten 0V als Bild:

5V---|
.......|
5V---|-----A


0V----------B

Zwischen Punkt A und Punkt B liegen 5V an NICHT 10V.

@libertarian
Auf der einen Seite freue ich mich ja immer, einem jungen interessierten Menschen zu begegnen. Auf der anderen Seite frage ich mich, warum ihr (bzw. du im Speziellen) nicht mit den Grundlagen anfangt. Bei dir scheint es schon mit den elementaren Grundlagen der Physik (insbesondere der Elektrizität) zu hapern. Vielleicht fängst du doch damit erst einmal an. Was wird beim Strom wann addiert und was nicht... Ohne dieses Wissen wirst du nicht in der Lage sein, die Schaltbilder (ohne die sich logische Schaltungen nicht erklären lassen) zu verstehen.

Mein besonderer Dank geht an @OpenEyes. Ich habe das alles irgendwann mal gelernt, aber ich könnte es heute auch nicht mehr erklären. Also lese ich gerne mit.

@OpenEyes
Ok, jetzt hast du mich erleuchtet, ich seh schon, ich bin von ganz falschen Annahmen ausgegangen.
@Lufton hab damit auch schon angefangen, bei diesem Elektronik- Kompendium da von @wyattgilette :) allerdings hab ich mir dafür noch nich allzu viel Zeit genommen.

@libertarian

libertarian schrieb:hab damit auch schon angefangen, bei diesem Elektronik- Kompendium da von @wyattgilette allerdings hab ich mir dafür noch nich allzu viel Zeit genommen.

Na, ich nehme doch an dass Du etwas anderes auch zu tun hast. Ich bin zwar in Pension, aber mir geht es auch nicht anders, da warten noch ein paar Applikationen die ich fertigstellen muss und mein Tag hat im Moment 16 Stunden :)

Ich werd es langsam angehen, da ich der Meinung bin, dass ein gutes Verständnis der Grundlagen alles spätere wesentlich leichter macht.

Ich hatte das Glück, dass ich quasi von Anfang an dabei war und die Grundlagen in Theorie und Praxis jahrelang lernen und auch anwenden konnte (und dabei noch gut verdient habe) und wenn ich Dir (und denendieinteressiert sind und mitlesen) die Grundlagen solide vermitteln kann dannhaben wir alle etwas gewonnen :)

@OpenEyes

OpenEyes schrieb:Ich hatte das Glück, dass ich quasi von Anfang an dabei war und die Grundlagen in Theorie und Praxis jahrelang lernen und auch anwenden konnte (und dabei noch gut verdient habe) und wenn ich Dir (und denendieinteressiert sind und mitlesen) die Grundlagen solide vermitteln kann dannhaben wir alle etwas gewonnen

Ergo: du bist ein Spezialist :) Na dann hätte ich ja niemand Besseren finden können :)

@Lufton

Lufton schrieb:Auf der anderen Seite frage ich mich, warum ihr (bzw. du im Speziellen) nicht mit den Grundlagen anfangt. Bei dir scheint es schon mit den elementaren Grundlagen der Physik (insbesondere der Elektrizität) zu hapern. Vielleicht fängst du doch damit erst einmal an. Was wird beim Strom wann addiert und was nicht... Ohne dieses Wissen wirst du nicht in der Lage sein, die Schaltbilder (ohne die sich logische Schaltungen nicht erklären lassen) zu verstehen.

Genau das versuche ich jetzt und hier und Hilfe und Hinweise sind immer willkommen und ich bin dafür dankbar :)

Ich habe vor, in den nächsten Beiträgen genau das zu behandeln, wie wär's wenn Du Dich daran beteiligst? Lassen wir die Mathematik einstweilen nur eine Nebenrolle spielen - in der Digitaltechnik besteht für den interessierten Laien kaum die Notwendigkeit, eine Verstärkerstufe oder eine HF - Endstufe zu berechnen und für das Verständnis (das ist es, was @libertarian vermutlich erreichen will, zumindest für's erste) reicht zunächst einmal die Kenntnis aus, wie ein Spannungsteiler, ein Transistor (MOSFET, alles andere ist in der Digitaltechnik kaum von Bedeutung), eine Diode funktionieren. Und einige Kenntnisse in binärer Arithmetik und Logik.

Einverstanden?

@libertarian

Danke für das Kompliment :)

Ich werde morgen vormittag de Vorschlag von @Lufton aufgreifen (vielleicht hilft er ja dabei), die grundlegende Funktionsweise der in Computer verwendeten Bauteile zu erklären.

Eine Bemerkung zum Schluss, ehe ich die Matratze abhören gehe:
Du hast Integrierte Schaltkreise erwähnt und das hat so geklungen als ob das spezielle Bauelemente wären - nun, das sind sie im Grunde nicht, sie sind nur auf kleinstmöglichem Raum zusammengefasste Gruppen von Transistoren, Dioden, Gates etc. Die Technologie ist etwas anders, die Funktion aber gleich. Für das Verständnis der Funktion macht das keinen Unterschied und integrierte Schaltkreise entwickeln wirst Du ja wohl nicht wollen :)

@libertarian

Hab hier noch eine Uebersicht zu den Logikgattern gefunden:



Gibt auch sehr viele gute Buecher, falls du wirklich ernsthaft interessiert bist. Kann dir mal einige raussuchen, wenn du magst (und ich Zeit find) ;)

@OpenEyes
Im Rahmen meiner Möglichkeiten gerne. Bin aber sowohl zeitlich eingeschränkt, als auch (und vor allem) gar nicht soooo der Crack. Physik und Elektrotechnik hatte ich das letzte Mal an der FH (vor gut 20 Jahren). Aber wenn es Dich nicht stört, werde ich gerne weiterhin den einen oder anderen Kommentar einschieben, wenn ich meine, damit noch etwas verdeutlichen zu können.

Nee, vor Freitag habe ich für nix Zeit (eigentlich noch nicht einmal für diesen Beitrag...)

@WyattGillette
Die Gatter sind eigentlich erst interessant, wenn es darum geht ICs aufzubauen, bzw. komplexe Gatter zu bauen. Digimon möchte doch aber verstehen, wie das elektrisch funktioniert.

@OpenEyes und @WyattGillette

WyattGillette schrieb:Gibt auch sehr viele gute Buecher, falls du wirklich ernsthaft interessiert bist. Kann dir mal einige raussuchen, wenn du magst (und ich Zeit find)

OpenEyes schrieb:. Für das Verständnis der Funktion macht das keinen Unterschied und integrierte Schaltkreise entwickeln wirst Du ja wohl nicht wollen

Nein, als Spezialist will ich hier eigentlich nicht rausgehen :) es geht mir eher darum einen Gesamteindruck zu bekommen, das Prinzip kennenzulernen.

@Lufton

So seh ich das nicht. Die Gatter können auch im Einzelnen sehr nützlich sein. Ich hab noch nie ein ASIC gebaut, doch schon oft einzelne Gatter verwendet. Ausserdem find ich es sinnvoller zuerst die Logik zu verstehen und erst dann genauer ins Gatter hinein zu schauen. Der Transistor ist in meinen Augen für einen Anfänger keine leichte Kost.

@libertarian

Die Frage ist halt, was du damit erreichen möchtest... Die Elektronik (verallgemeinert ausgedrückt) hat ein extrem breites Spektrum. Ich arbeite jetzt schon knapp 5 Jahre darauf und kann nicht von mir behaupten auch nur in einem Bereich ein Spezialist zu sein ;)

@WyattGillette

Hey, das ist super - vielleicht hast Du die Zeit, die Funktion der einzelnen Verknüpfungen noch etwas genauer und einfacher zu erklären. Wir können das auch gemeinsam tun.

@libertarian Frag bitte, so viel Du willst und wie zu Deinem Verständnis nötig ist. Von uns wird Dich sicher niemand gering schätzen wenn Du selbst dumm erscheinende Fragen stellst. Dieses Gebiet ist für jemanden, der ganz neu herein kommt trotz guter Schulbildung normalerweise ein Buch mit sieben Siegeln.

nochmal @WyattGillette so etwas wie eine Scherzfrage (und soll bestimmt kein Test sein):

Gegeben sind zwei Signale A und B die die Zustände 0 oder 1 annehmen können.

Wieviele verschiedene Verknüpfungen (einschließlich der trivialen) zwischen diesen beiden Signalen sind möglich.
Zusatzfrage: lassen sich alle diese Verknüpfungen mit NAND und NOR - Gates realisieren?

@OpenEyes

Hm.. ich wuerd jetzt mal sagen: 2 verschiedene Verknuepfungen: and / or
Ja lassen sie sich. Wie ich in Erinnerung habe, besteht ein AND meist aus NAND-Gattern, weil das weniger Transistoren benoetigt.