Grundlagen der Computer-Informationsverarbeitung

Ein Computer: Informationsverarbeitung

Ein Computer verarbeitet Informationen in physischer Form. Er nimmt Daten auf, passt sie an und vergleicht sie, um dann Ströme für Aktoren zu erzeugen.

Tabajara vier Grundfunktionen

1. Eintrag: Ein Spannungssignal wird von einem Sensor oder Schalter gesendet.
2. Verarbeitung: Das Eingangssignal wird mit programmierten Anweisungen und Logikschaltungen verarbeitet, um Eingangssignale in Ausgangssignale umzuwandeln.
3. Speicherung: Daten werden gespeichert, um sie mit den Eingängen zu vergleichen. Gleichzeitig können Eingangssignale für die weitere Verarbeitung gespeichert werden.
4. Ausgabe: Nach der Verarbeitung der Informationen von Sensoren und gemäß den Anweisungen des Programms wird die Ausgabe an die Befehle verschiedener Produktionseinheiten gesendet.

Analoge und Digitale Signale

• Analog: Bedeutet, dass etwas ständig variiert. Spannungssignale können unendlich viele Werte zwischen einem Maximum und Minimum annehmen und sich kontinuierlich über die Zeit ändern.
• Digital: Bedeutet eine inkrementelle Natur. Ein elektrisches Signal hat nur zwei Werte: Ein und Aus. Es gibt keine Zwischenwerte, bis ein maximaler Wert eine logische Eins und ein minimaler Wert eine logische Null erfordert.

Umwandlung von Signalen

Damit ein Computer Informationen von einem Sensor erhält und Befehle ausführt, ist eine Schnittstelle notwendig. Computer verwenden oft zwei Phasenschieber.

Schaltungen und Komponenten

• Decodierschaltung: Dient zur korrekten Ausgabe basierend auf einer Kombination von Eingaben. Sie besteht aus Gattern, und wenn das richtige Bitmuster empfangen wird, erzeugt sie ein Spannungssignal zur Aktivierung eines Aktors.
• Multiplexer (MUX): Prüft mehrere Eingänge und analysiert die Priorität dieser Signale.
• Bistabile Schaltungen (RS und T): Logikschaltungen, die frühere Eingaben speichern und ihre Ausgabe erst ändern, wenn sich der Eingang ändert.

Central Processing Unit (CPU)

Das Gehirn des Computers besteht aus Tausenden von Transistoren auf einem kleinen Chip. Die CPU liefert Informationen innerhalb und außerhalb des Computers. Sie verarbeitet und vergleicht Eingaben mit den im Speicher abgelegten Daten und erzeugt daraus Signale für verschiedene Aktoren.

Computerspeicher

Ein Rechner benötigt zwei Arten von Speicher: temporären und permanenten Speicher. Innerhalb des Computerspeichers befinden sich Chips, die jeweils aus Tausenden von Transistoren bestehen. Diese bilden Blöcke, die Informationen in binären Codes speichern.

Speichermedien - Typen:

1. ROM (Read-Only Memory): Ist permanent und die Daten gehen beim Herunterfahren nicht verloren.
2. RAM (Random Access Memory): Speichert Informationen, die von der CPU gelesen oder beschrieben werden. Wenn der Strom abgeschaltet wird, gehen die aktuellen Informationen verloren. Diese Schaltung besteht aus integrierten Flip-Flops auf einem Chip.
3. Programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM).
4. Beschreibbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM).
5. Elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM).
6. Nichtflüchtiger RAM.

Peripheriesignale

Eingangssignale werden von Aktoren empfangen, die durch die Wirkung von Schaltsignalen als Eingaben verwendet werden.

Multiplex-Netzwerke

Dies sind Einrichtungen zum Austausch von Informationen von verschiedenen Sensoren und zur Verbindung verschiedener elektronischer Geräte, wodurch Verkabelung gespart wird. Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen allen Geräten. Ein Multiplexer fasst alle Signale zusammen, die zusammen reisen, und ein Demultiplexer leitet sie an die verschiedenen elektronischen Geräte weiter.

Systeme zur Übertragung:

• BUS: Ein Paar von Drähten, das verschiedene elektronische Geräte verbindet.
• Durchsatzregelung: Ein Protokoll zur Regelung der Kodierung von Informationen, Geschwindigkeit usw. CAN und NPV sind synchrone Übertragungsprotokolle, die Frames zur Datenübertragung verwenden. Jeder Frame hat mindestens sieben Blöcke:
  1. Start: Beginn der Datenpakete.
  2. Zieladresse: Der Ort, an den die Pakete gesendet werden.
  3. Quelladresse: Woher die Daten kommen.
  4. Informationsbereich: Enthält die eigentlichen Daten.
  5. Fehlerkontrolle: Ermöglicht dem System zu erkennen, ob die Daten korrekt sind.
  6. Ende: Zeigt an, dass alle Informationen angekommen sind.

CAN-Protokoll

Die Kommunikation erfolgt über serielle Datenübertragung zwischen elektronischen Geräten über einen Bus und arbeitet in Echtzeit. Dieses Multi-Netzwerk ermöglicht es jedem elektronischen Gerät im Netzwerk, Daten auszutauschen. Die Nachrichten sind nach Priorität geordnet, dank einer Kennung. Nachrichten mit der höchsten Priorität werden zuerst verarbeitet.