Mikroelektronik

Allgemeines

In der Informations - und Kommunikationstechnik geht es um die Darstellung, Verarbeitung, Speicherung und Ãœbertragung von Informationen mit Hilfe von elektrischen Signalen.

Mikroelektronik ist die leistungsfähigste Technologie zur Informationsverarbeitung. Die Daten werden durch elektrische Impulse weitergegeben. Diese Technologie eröffnet viele neue Möglichkeiten und wird einmal alle Bereiche erfassen, in denen es um die Verarbeitung von Informationen geht.

Bei allen Aufgaben der Informationsverarbeitung geht es um folgende Grundfunktionen:
- Daten abrufen, sammeln und aufbereiten
- Daten verarbeiten
- Daten speichern
- Verarbeitungsergebnisse in Form von Daten und Befehlen ausgeben

3.2 Anwendungsgebiete

Energie, Umwelt, Sicherheit

Beispiel: Energiesparende Heizsysteme für Einfamilienhäuser
Bei diesen Heizsystemen geht es um die sparsame Verwendung von teuren Rohstoffen (Öl, Gas). Durch eine Steuerungseinheit werden vorrangig billige Energiequellen wie Sonnenenergie eingesetzt, nur wenn nicht genügend billige Energiequellen vorhanden sind, werden Öl oder Gas eingesetzt.

Auto und Verkehr

Beispiel: "Grüne Welle" für Linienfahrzeuge
Eine Computersteuerung für Ampelanlagen soll garantieren, dass Linienbusse, die Verspätungen gegenüber dem Fahrplan haben, auf der "Grünen Welle" durch den Verkehr geleitet werden.

Kommunikation

Beispiel: Weltweiter Fernsprechverkehr durch Mikroelektronik
Bei der Telekommunikation mit Licht werden elektrische Signale in Lichtimpulse umgewandelt, die von Lichtwellenleitern übertragen werden.

Büro und Handel

Beispiel: Computer im Verbund mit großen zentralen Rechenanlagen
Tagsüber werden alle Daten auf Belegen erfasst, über Personalcomputer eingegeben und gespeichert. Abends werden sie dann in ein Rechenzentrum übertragen und von leistungsfähigen Großrechnern verarbeitet. Am Morgen stehen alle Auswertungen mit dem Stand der letzten Eingabe zur Verfügung.

Medizin

Beispiel: Computer überwachen die Vitalfunktionen.

Haushalt und Konsumgüter

Beispiele: Digitaluhr, Waschmaschine, Mikrowellenherd,...

3.3 Grundlegendes zur Informationsverarbeitung

Die minimale Systemstruktur setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:
- Sensoren ("Input")
- Verarbeitungseinheit (Prozessor)
- Ausgabebausteine (Aktoren,"Output")
- Datenspeicher (flüchtig und nichtflüchtig)
- Stromversorgung

In jedem Computer gibt es diese Grundstruktur.


Sensoren: Ihre Aufgabe ist es, Informationen in einer bestimmten Form zur Verarbeitungseinheit zu bringen. Die bekannteste Form eines Sensors ist die Tastatur.

Prozessor: Die Verarbeitung der Information erfolgt im Prozessor, der sich in drei Funktionsblöcke aufteilt: - Rechenwerk (zuständig für Rechen -, Such - und Vergleichsvorgänge)

Steuerwerk (steuert alle Vorgänge für die Informationsverarbeitung) schnelle Zwischenspeicher (Arbeitsspeicher oder interner Speicher)

Heutzutage werden diese drei Funktionsblöcke in ein Bauteil gepackt (Mikroprozessor). Dieser Mikroprozessor besteht aus Transistoren, Dioden und Widerständen. Seine Besonderheit: Enorme Kleinheit und Bauteilzahl.
Der Transistor wird im Mikroprozessor ausschließlich als Schalter verwendet. Die Datenverknüpfung durch Schalter funktioniert entweder mit Serienschaltungen (UND - Gatter) oder Parallelschaltungen (ODER - Gatter). Diese Schaltkreise nennt man LOGIK - Gatter, ihre Funktionen "Logische Verknüpfungen".
Da der Mikroprozessor die Informationen zentral verarbeitet, wird er auch gerne als CPU (=Central Processing Unit) bezeichnet.
Der Arbeitsspeicher besteht aus zwei Teilen, dem nur lesbaren Teil (ROM - Speicher) und dem lesbaren und beschreibbaren Teil (RAM - Speicher).

Aktoren: Sie stellen Ergebnisse der Informationsverarbeitung in einer für den Anwender verständlichen Form dar. Beispiele: Drucker, Bildschirm.

Datenspeicher: Datenspeicher oder externe Speicher haben eine wesentlich geringere Zugriffsgeschwindigkeit als interne Speicher. Meist haben sie eine größere Kapazität als Arbeitsspeicher. Beispiele sind Disketten, Magnetplatten, Magnetbänder,...

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