Embedded Files
> Constructing any digital circuit completly out of NAND & NOR (Math. Proof)
Charles_Sanders_Peirce
"Beginning in 1959, General Motors and IBM embarked on a project to create a unified computer assisted design environment. Originally called “Digital Design”, its name was changed to DAC, for Design Augmented by Computer. "
Computer Graphics and Computer Animation: A Retrospective Overview by University of Utah
Einführung
Einführung
Beschreibung:
Beschreibung:
Der Erfinder von ARM - Steve Furber - (u.a. entwirft er heutige "Neuromorphe Schaltungen", die das Gehirn in kleinen Submengen abbilden solle, ARM: 80er, Spinnaker 2000er- Heute) hatte beispielsweise die analoge Schaltungstechnik und das Design/Placement, wie eine Architektur im eigenen Zimmer designt (wo kommt der Schreibtisch hin, der Schrank, das Bett), während dessen Sophie Wilson die gesamte "Logik" von den Befehlen, wie eine Informatikerin designt hatte. Hier war die Zusammenarbeit wichtig, um zu klären, welche Mathematischen Operationen oder dann substuiert Befehle, sollten per Analogschaltkreis oder Digitalschaltkreis(Speicher) implementiert werden.
Das eine ist schneller, aber von der Fläche im Zimmerdesign intensiver, währenddessen das andere transparenter bzw. portierbarer, aber mit den Codes ggf. unsicherer wäre (da jeder Zugang hätte). Wie eine Variable (oder eine Klasse) ist die menschliche Vereinfachung wichtig für die Verringerung der Fehler im analogen und digitalen Schaltungsdesign. => Mixed-Signal Schaltungen.
Hinweis: Auch hier bedarf das digitale Schaltungsdesign einen Simulator. (Hier ein Onlinesimulator)
Digitalschaltkreise werden, ähnlich Legoblockweise aufgebaut.
Besonders Ben-Eaters Schaltungen vom And und Or Gatter (Nor und Nand waren die ersten Logikschaltung von zwei Mathematikern und Philosophen, nach Bool, die bewiesen, dass man aus einem Nor Gatter z.B. alle möglichen Schaltungen komplett nachimplementieren kann. , Peirce 1920er)
Über die Zeitdauer wurden Logikschaltungen - also der Übergang von vielen Drähten in der Analogtechnik (z.B. von 8 auf 32 Bit Decodern in den Ohmschen Verbindungen) zur Digitaltechnik (z.B. in einem einfachen EEPROM) für das Denken vereinfacht.
Wie, in einer Exceltabelle wird alles festgehalten.
Erste Schaltung von Pong auf Arcade Machines designed by Allan Alcorn
(erstes Game war Tennis for 2 von William Higinbotham (Lead Engineer in Los Alamos))
Guideline to understand Digital Design:
siehe unten 'FPGA' (1x spezielle Art von Chip für Digital Logics)
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Denkhilfe für C++ in Klassen: (historisch)
Die Informatiker prägen aus den Logikgattern heraus die "Lambda" Notation, die u.a die vielen Blackboxen einführen.
Die Notation selber besteht im Grunde nur aus If Bedingungen, - wo entweder True oder False eingesetzt wird - und die Schreibweise von Quelltexten selbst definiert diese Induktive Schreibweise: in.dieser.Function.hier()
Also .Classe.Methode.Function(Argument)
Auch: Classe().Methode().Function(Argument)
Damit und dadurch wird Schreibaufwand in der Programmierung gespart.
Viel wichtiger ist, dass man damit "Blackboxen" erstellen kann. Man hat, als sinngebender Vergleich eine große Excel-Datei und substituiert diese auf eine einzelne Zahl. (Zeichen)
Diese Zeile in einem großen Speicher.
Dabei gibt es eine Arbeitsteilung im Prozessor Design.
Hier ein proprietärer Simulator im Android Appstore: "Crumb."
P.S. Im Logikdesign sind besonders die Zeitverzögerung aus den digitalen Schaltkreisen (Speicherelemente) wichtig.
In der E-Function also das t/T. Aber hier besonders, wann 'sicher' nach dem Aufladen und Entladen die Spannung stabil ist.
= "der Zustand stabil ist".
= "der Controller- Sender/Empfänger bereit ist [ACK, NACK]
Example: https://github.com/The-Invent0r/8-bit-Computer-PCB/blob/main/8%20Bit%20Computer.sch
Digitaler Schaltungsdesign (aus logic.ly. Leider nicht portierbar)
Digitaler Schaltungsdesign (aus logic.ly. Leider nicht portierbar)
Logikerklärungen von digitalen Bauelementen und Verbindungen
Logikerklärungen von digitalen Bauelementen und Verbindungen
wie, 'State Machines', -> Status Maschine/ Logikmaschine
Sometimes I2S (for music) is used, instead of I2C. No big difference for your task. (>S )
Die Speicherchips kamen in den 70ern aus Japan.
Besonders die CPUs und bekannten Spielekonsolen. (70er Arcade Machines- , die wohlgemerkt in Deutschland politisch verboten wurden, was die gesamte Kultur und die Innovation massiv beschränkte.)
Mathematische Fehlerreduktion: [digitale Schaltungen machen auch Fehler, wie ich. :)]
Mathematische Fehlerreduktion: [digitale Schaltungen machen auch Fehler, wie ich. :)]
Digital Signal Processing
Digital Signal Processing
Since we have learned, how to process an analog signal to a digital signal and vice versa, we can regard this in more depth by studying Digital Signal Processing.
Not only FIR, IIR, or Neural Networks are governed by these mathematical descriptions (Zähler und Nenner: IIR, Zähler: FIR), but all logic cells, that store these sampled values.
Digital filters are therefore nothing more than mathematical series of points, which can be added or multiplied. Thus operate the Filter on a captured analog signal. (These can be reconstructed from digital to analog by an S&H)
I learned from my prof, that the number of 'poles' (from the filter) can be multiplied by the time delay. This can be seen in the delayed time response (Phase shifts) of your signal.
The process can be on the run, and therefore you have to hold as usual the Shannon-Kotelnikov-Nyquist Theorem to digitize it from Analog to Digital.
The advantage in the digital domain is a) the representation form and b) the usage of the internal clock.
a): you could sort and search, change the representation form of the integers/floats/etc or shift through your gates, but you could also
b): you could Change the clock and perform 'Oversampling', 'Downsampling' or you could insert Zeros 'Interpolation'.
Pay attention, that your spreadsheet or x/y data values could represent the Frequency Spectrum (Fourier transformed). Or it could be a time signal.
By using interpolation, you inject zeros frequently, which results in widening the spectral response of all frequency parts/lines.
Digital Signal Processing is highly reliable, because you have high SNR for the digitized - digital values, without getting disturbed by an analog signal. These techniques got used for the first MP3- Files or CD-Roms. (90s)
This doesn't mean, however, that plugging another Solder Iron, wouldn't result in 'holding the values'. It requires a stable Power supply or else your voltage level breaks, and therefore your stored values get lost or undefined. (Make sure to store it on ROM, not RAM that maybe has an internal voltage source.)
Digital values are also marked by their 'Fan-Out' for this case (Number, how many Digital Gates can be chained).
Furthermore, you could assemble these digital values as ensembles for digital coding schemes. (>PCM)
Therefore it is important to have a fast clock.
If you don't have a fast clock, then many AD-Converter would do the same. (Taking Snapshots of the signals, until you can cut your signal together)
A broken resistance, a lack in the Op-Amp's Supply Voltage or a Clock Glitch can lead to a cause of an unnecessary harmonic, which can lower your SNR to -20dB (for example, Check Out Video TSP#20 for details)
Furthermore, a Premphase is necessary to compensate for the capacitance of your circuit board. (It increases a harmonic part (bandwidth).)
This female engineer is a great demonstrator!
I learned for my DSP Exam with her video. (arduino applied. Math -> Code -> Physics)
FPGA
FPGA
Um nicht immer über ein grafisches Userinterface, Schaltungen, lehrrreich reinzuziehen, ist die Textform, also in Codeform schneller, um eine Schaltung zu generieren. Vllt sind 5000 Transistoren im Schaltplan noch übersichtlich, dennoch verschwindet der Überblick bei einer größeren Anzahl von Drahtverbindungen, weshalb Hardwarebeschreibungssprachen (Verilog, VHDL) relevant werden.
Hier wird als Programmiersprache VHDL oder Verilog (Textform) verwendet. (Es heißt hier Schaltungsdesign und nicht Programmieren,)
= Hardwarebeschreibungssprache
da man wie anfangs erwähnt auch, wie ein Architekt seine Linien und Räume setzt.
Es gibt u.a. als Verkäufer nur 3 große Hersteller mit deren jeweiligen Software 'Toolchain' (auch Software in Hardware und umgekehrt).
Diese sind Xilinx, Altera(Intel) und Latttice (Sichere Hardware gegen Strahlung u.a.)
Btw. a 'Testbench' is nothing different from a 'Debugger' (The thing, when you press on compile (>) and displays Errors).
You compare your real hardware's output, with the theoretic modells (Testbench) output. Don't get confused by the words.
CTO von NVIDIA 12/2021
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