Technische Informatik

Gebraucht man das Wort Technik (η τεχνη) in seiner ursprünglichen Bedeutung als Kunst oder Kunstfertigkeit, so sind die Computer unserer Tage in ihrer Anwendung und Konstruktion wahre Kunstwerke der Elektrotechnik. Es war ein weiter Weg von der ersten Beobachtung (Griechenland im 6.Jh. v. Chr.) des eigenartigen Bernsteinverhaltens, das zum Begriff Elektron (το ηλεκτϱον = Bernstein) und Elektrizität führte, bis zur Anwendung in der Elektrotechnik. Aber diese Beobachtung war der Anstoß für einen neuen Zweig der Naturwissenschaft, die Elektrizitätslehre. Im Laufe der Geschichte wurden weitere elektrische und magnetische Grundphänomene der Natur beobachtet. Aus diesen beobachteten Grundphänomenen wurden die zur Beschreibung der Elektrizität benutzten Grundbegriffe wie elektrische Ladung, elektrisches Feld, Spannung, Stromstärke u.a. hergeleitet. Mit diesen Begriffen werden die Grundlagen der Elektrotechnik und damit die physikalische Grundlage der elektronischen Rechenanlagen beschrieben. Sie sollen in diesem Kapitel behandelt werden.

Die Leistungsfähigkeit heutiger Datenverarbeitungsanlagen wird wesentlich bestimmt durch den Entwicklungsstand der Halbleitertechnologie. Zwei wichtige Erfindungen haben der Halbleitertechnologie zu ihrer revolutionären Bedeutung verholfen: die Entwicklung des Transistors durch die Physiker John Bardeen, W.H. Brattain und W. Schockley in den Jahren 1948/49 und die Planar-Diffusionstechnik zur Herstellung von Transistoren 1960, wodurch die Herstellung integrierter Schaltkreise möglich wurde.

Elektronische Verknüpfungsglieder werden aus elektronischen Bauelermenten aufgebaut. Sie sind die Grundbausteine digitaler Datenverarbeitungssysteme. In ihnen werden binäre Schaltvariablen nach den Gesetzen der Schaltalgebra miteinander verknüpft. Die Werte binärer Schaltvariablen entsprechen der Zweiwertigkeit von Schalterzuständen — ein/aus — . Diese Analogie und die Realisierungsmöglichkeit der Schaltalgebra mit Schaltern kommt in den Begriffen Schaltvariable und Schaltalgebra zum Ausdruck. Deshalb kann man sagen: In einem digitalen Datenverarbeitungssystem werden auf der physikalischen Ebene binäre Schaltvariable mit elektronischen Schaltern (Verknüpfungsgliedern) nach den Gesetzen der Schaltalgebra verknüpft.

Schaltnetze enthalten Verknüpfungsglieder und realisieren eine Schaltfunktion oder Vektorfunktion:

Neben den Verknüpfungsgliedern gehören Speicherglieder zu den Elementarbausteinen einer digitalen Rechenanlage. Speicherglieder können Schaltvariable aufnehmen, speichern und abgeben (DIN 44300/90). Da nur die Verarbeitung von binären Schaltvariablen mit den Werten 0 und 1 betrachtet wird, muß ein Speicherglied die Eigenschaft haben, eine Variable mit den Werten 0 und 1 aufnehmen zu können. Speicherglieder mit dieser Eigenschaft sind bistabile Kippglieder, auch Flipflop genannt. Ein bistabiles Kippglied kann, wie der Name sagt, zwei stabile Zustände einnehmen; einen Zustand 1, genannt Setzzustand, und einen Zustand 0, genannt Rücksetzzustand. Im Zustand 1 trägt das Speicherglied den Variablenwert 1, im Zustand 0 den Variablenwert 0.

Schaltwerke sind wesentliche Funktionseinheiten digitaler Datenverarbeitungs-systeme; z.B das Rechenwerk und das Leitwerk sind Schaltwerke.