didevo_stoff

Prüfungsstoff der VO Digitales Design

(Stand: 18.2.2014)

Die Prüfung erfolgt ausnahmslos schriftlich. Sie umfaßt typisch 8-12 Theoriefragen und 3-5 Rechenbeispiele.

  • Die Theoriefragen sind in ca. 5-10 Zeilen (ggf. mit Skizze) zu beantworten, manchmal sind auch einfache Berechnungen durchzuführen.
  • Die Rechenbeispiele sind Beispiele ähnlich jenen wie sie in der Vorlesung vorgerechnet wurden bzw. neue Beispiele die mit dem in der Vorlesung behandelten Stoff lösbar sind.

Die Angaben ehemaliger Prüfungsbeispiele finden Sie hier.

Es dürfen keine Unterlagen verwendet werden. Sie sollten einen Taschenrechner mitbringen, der die wichtigsten technischen Berechnungen (z.B. Exponentialfunktion) unterstützt.

Programmierbare Taschenrechner dürfen ausnahmslos nicht verwendet werden ! Programmierbarkeit ist für das Lösen der Beispiele nicht erforderlich, womit programmierbaren Rechnern nur die Funktion als "elektronischer Schummelzettel" bleibt - und genau das müssen wir im Interesse der Fairness anderen Studenten gegenüber ausschliessen. 
Sollten Sie keinen Taschenrechner besitzen, der die obigen Anforderungen erfüllt, so teilen Sie dies bitte bei der Prüfungsanmeldung dem Sekretariat mit (sekretariat@ecs.tuwien.ac.at). Wir werden Ihnen bei der Prüfung einen entsprechenden Rechner zur Verfügung stellen.

Sie können maximal 100 Punkte erreichen, für eine positive Note benötigen Sie mindestens 50 Punkte.

Einige Hinweise zum Prüfungsstoff

Prüfungsstoff ist alles was in der Vorlesung vorgetragen wurde. Eine Dokumentation dazu finden Sie in den Folien zur Vorlesung . Die beiden angegebenen Bücher sollen Ihnen helfen, den jeweils vorgetragenen Stoff besser zu verstehen - der Inhalt der Bücher selbst ist nicht Prüfungsstoff.

Die folgenden Hinweise sollen Ihnen das Lernen des Prüfungsstoffes erleichtern und eventuelle Mißverständnisse vermeiden. Sie sollen Ihnen eine Hilfe bieten, besonders wichtige Dinge zu erkennen, und Sie vom Auswendiglernen weniger wichtiger Formeln und Zahlen entlasten. Verstehen Sie diese Hinweise aber nicht falsch: Prüfungsstoff ist nicht nur, was im folgenden als besonders wichtig betont wird, sondern grundsätzlich der gesamte Vorlesungsstoff.

Allgemeines
Naturkonstanten (Boltzmann-Konstante k, Elektronenladung e, etc.) werden bei Bedarf angegeben und müssen daher nicht auswendig gewußt werden.Die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung im Vakuum und im Medium "Kabel" sollten Sie allerdings schon auswendig wissen ("Lichtgeschwindigkeit").

Kapitel 1
Der benötigte Stoff aus den LVAs Einführung in die Informatik und Einführung in die Technische Informatik ist hier nur mehr kurz zusammengefasst. Es werden jedoch vertiefte Kenntnisse und ein Verständnis in folgenden Bereichen vorausgesetzt: Logische Funktionen, Boolesche Algebra, KV-Diagramm etc.
Sie sollten Prinzip und Vorteile digitaler Logik verstanden haben, die entsprechende Begriffswelt kennen und insbesondere auch den Unterschied zwischen Flip-Flop und Latch verstanden haben. Ausserdem sollten Sie die diversen Typen von Flip-Flops und Latches kennen (Unterscheidung, Aufbau, Anwendung) sowie spezielle Funktionen wie Preset, Clear und Clock Enable.
Sie sollten verstanden haben, dass es Grenzen der Geschwindigkeit bei der Signalverarbeitung gibt, woher diese kommen und welche Auswirkungen sie haben.  Die Bedeutung der Zeitkonstante bei einem RC-Glied sollten Sie so weit verstanden haben, dass Sie damit auch praktisch umgehen können.

Kapitel 2 & 3
Sie sollten verstanden haben, welche Vorteile ASICs bieten und die aktuellen Werte und Entwicklungstrends tendenziell kennen (Größenordnungen), sie brauchen aber die genauen Werte nicht auswendig zu wissen. Ausnahme: Die Kenntnis von Moore's Law ist einfach Pflicht für jeden Technischen Informatiker.
Wenn Sie die physikalischen Hintergründe der Funktion eines FET nicht genau verstanden haben, so ist das kein Problem. Sie sollten allerdings den Aufbau und das Grundprinzip seiner Funktion als Schalter kennen und verstanden haben, wie sich Geometrie, Dotierung etc. auf diese Funktion auswirken.
Den Ablauf einer Chip-Fertigung und die entsprechende Terminologie sollten Sie kennen. Die Formeln für die Ausbeute brauchen Sie nicht auswendig zu wissen, Sie sollten jedoch in der Lage sein, diese anzuwenden, und Sie sollten den Einfluß der Chipfläche (3.Potenz) auf die Kosten kennen.

Die Schaltung eines CMOS-Inverters sollten Sie auswendig wissen und wirklich gut verstanden haben. Ebenso sollten Sie verstanden haben, wie man andere logische Funktionen (NAND, NOR, Transmission Gate, Multiplexer und XNOR) daraus ableitet und dies auch selbst zustande bringen. Sie sollten in der Lage sein, eigenständig ein AOI bzw. OAI für eine gegebene logische Funktion zu entwerfen. Von Latch und Flip-Flop sollten Sie jeweils das Blockschaldbild kennen, und Sie sollten deren Funktion gut verstanden haben. Begriffe wie "Tri-State", "Open Collector" und "Wired AND" sollten Sie nicht nur kennen, sondern auch mit entsprechenden praktischen Anwendungsmöglichkeiten verbinden.

Kapitel 4
Den Design-Flow eines Chip sollten Sie so weit verstanden haben, dass Sie wissen, welche Schritte dazu nötig sind, in welcher Reihenfolge sie erforderlich sind (und warum), welchen Zweck die einzelnen Schritte haben und welche spezifischen Probleme mit ihnen verbunden sind. Sie sollten Zweck und Ablauf der Verifikation kennen, insbesondere sollten Sie verstanden haben, wie eine Simulation abläuft, welchen Zweck sie hat, welche Arten es gibt, etc.
Die zugehörige Begriffswelt solten Sie nicht nur kennen, sondern auch verstanden haben (Signal Resolution, Delta Cycles,...)

Kapitel 5

Sie sollten Terminologie und Funktionsprinzipien der Speicher kennen und deren Klassifikation aufgrund spezifischer Unterschiede verstanden haben. Von ROM/EPROM, DRAM und SRAM sollten Sie Aufbau und typische Anwendungen kennen und dieses Wissen auch in Beispielen anwenden können. Von den Timing-Diagrammen benötigen Sie nicht alle Details, Sie sollten aber jeweils die beteiligten Signale kennen und den prinzipiellen Ablauf des jeweiligen Zugriffes verstanden haben und auch skizzieren können.
Auch von den etwas spezielleren Speichertypen wie FIFO, Multiport-RAM und MRAM sollten Sie Prinzip, Aufbau und Anwendung gut verstanden haben.

Kapitel 6
Hier sollten Sie die Prinzipien der verschiedenen Zieltechnologien sowie die Unterschiede dazwischen verstanden haben (Unterschiede in der Fertigung, Auswirkung für den Anwender, ...) und natürlich wieder die entsprechende Terminologie kennen.
Besonders wichtig ist in diesem Kapitel natürlich die programmierbare Logik: Sie sollten die Programmiertechniken verstanden haben und wissen, wie man logische Funktione, Verbindungen und I/O-Elemente programmierbar realisieren kann. Dieses Wissen sollten Sie auch in Beispielen anwenden können. Ebenso sollten Sie mit  Begriffen wie "Parallel Expander", "Logic Expander", "Programmierbare Inversion" etwas anfangen können und in der Lage sein,  diese Methoden auch praktisch anzuwenden.
Die angegebenen Zahlenwerte sollen Ihnen nur ein Gefühl für die Dimensionen vermitteln - Sie brauchen daher auch hier nur Größenordnungen zu kennen. Ebenso brauchen Sie die Details über den internen Aufbau der verschiedenen kommerziellen FPGAs nicht auswendig zu wissen. Sie sollten verstanden haben, welche Features programmierbar sind, wozu sie dienen und wie sie programmiert werden, die Schaltpläne der Chips müssen Sie natürlich nicht auswendig kennen. Gleiches gilt für den Interconnect: Sie sollten die Probleme und Lösungsprinzipien verstanden haben (und evtl. an einem realistischen Beispiel erläutern können), müssen jedoch keine Detailschaltpläne kennen.

Kapitel 7
nicht mehr Prüfungsstoff -- wird nun in der LVA HW Modeling behandelt.

Kapitel 8
Sie sollten in der Lage sein, die üblichen Kenngrößen in einem Datenblatt zu interpretieren. Sie sollten z.B. die Bedeutung des thermischen Widerstandes verstanden haben und dieses Wissen auch anwenden können; sollten die verschiedenen Quellen der Verlustleistung kennen (auch die Formel) und ihre Relevanz beurteilen können. Die Angaben über Temperaturbereiche (commercial, mil, etc.) sollten Sie ebenfalls  kennen (incl. Grenzwerte). 
Sie sollten die Begriffswelt bei der Spezifikation logischer Pegel kennen, den Einfluss des Stromes auf die Ausgangsspannung verstehen, den Einfluss des Ausgangswiderstandes auch auf das dynamische Verhalten verstanden haben, und den Ausgangswiderstand auch aus der Ausgangskennlinie ablesen können.
Sie müssen die angeführten Timing-Modelle nicht auswendig kennen, sollten jedoch in der Lage sein, ein gegebenes Timing-Modell praktisch anzuwenden. Ebenso sollten Sie in der Lage sein, mit einer gegebenen Tabelle von Derating-Facotrs etwas anzufangen.
Die mit der Taktverteilung verbundenen Probleme sollten Ihnen zumindest im Prinzip bekannt sein.

Kapitel 9
Als Grundlage benötigen Sie Kenntnisse über Boolesche Logik aus Kapitel 1, sowie über Prinzip und Entwurf von einfachen State-Machines (Einführung in die Technische Informatik).
Neben der Kenntnis der entsprechenden Terminologie sollten Sie vor allem die Grundprobleme beim Logikdesign verstanden haben. Sie sollten wissen, welche Vorteile synchrones Design bietet, das Timing bei synchronem Design verstanden haben, und auch die Voraussetzungen und Grenzen des synchronen Ansatzes kennen.
Besonders wichtig in diesem Kapitel ist die Thematik der Metastabilität. Sie sollten ihre Ursachen und Folgen gut verstanden haben und in der Lage sein die MTBU zu berechnen (Formel ist auswendig zu wissen). Die diversen Maßnahmen zur Verbesserung der MTBU sollten Sie kennen und auch anwenden können.Die Herleitung der Formel für die MTBU sollten Sie verstanden haben und in der Lage sein, die beschriebenen Schritte auch selbst durchzuführen.

Kapitel 10
Die häufigsten Ausfallursachen von Chips sollten ihnen bekannt sein, Sie sollten verstanden haben wie es zu Ausfällen kommt und welche Faktoren einen Ausfall begünstigen. Black's Law und die Arrhenius-Gleichung sind wichtig (und einfach) genug, dass Sie sie auswendig wissen sollten. Sie sollten die Formeln auch praktisch anwenden können, z.B. zur Berechnung des äquivalenten Alters beim Burn-In. Die Formeln im Beispiel über die Ausdehnung des heissen Al-Stabes brauchen Sie hingegen nicht zu wissen, Sie sollten lediglich eine gleichartige Berechnung nachvollziehen können (Formeln würden wir angeben).
Die Zuverlässigkeits-Kenngrößen sollten Sie kennen und interpretieren können, ebenso die Bereiche der Badewannenkurve.
Die Problematik des Fault Mapping sollten Sie gut verstanden haben. Sie sollten wissen, auf welche Weise sich Defekte manifestieren können, es ist aber nicht nötig, die Schaltungsdetails des entsprechenden Beispiel-Designs aus der VO genau zu kennen.

Kapitel 11
Sie sollten die "Rule of Ten" kennen und anwenden können sowie Ablauf und Ziele eines Tests verstanden haben (incl. Qualitätskriterien).
Die Prinzipien der Testvektorgenerierung sollten Sie samt ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen kennen und unterscheiden können, und Sie sollten auch in der Lage sein, diese Prinzipien auf ein einfaches Design anzuwenden (incl. Äquivalenz und Dominanz).
Sie sollten die Problematik des Tests sequentieller Logik verstanden haben und wissen wie und warum der Scan-Test hier Abhilfe schafft. Auch Prinzip und Anwendungen des Boundary Scan sollten Ihnen vertraut sein (inclusive JTAG Port). Schließlich sollten Sie auch bei diesem Kapitel wieder die entsprechende Terminologie kennen und z.B. mit dem Begriff "Built-in Self-Test" etwas anfangen können.

Kapitel 12
Hier geht es im Wesentlichen um die Unterschiede zwischen verschiedenen Messgeräten bzw. deren Betreibsmodi (Timinganalyse versus State-Analyse. Weiters sollten Sie die beschriebenen Funktionsprinzipien des Logikanalysators verstanden haben und die zugehörigen Begriffe kennen.

 


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