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Technik

Digitale Schaltungen: Zähler und Speicher

Ein Zähler zählt Impulse in Binärzahlen. Ein Flipflop speichert ein Bit.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann erklären, was ein Bit ist.
  • Ich kann beschreiben, wie ein Zähler und ein Speicher aufgebaut sind.
  • Ich kann berechnen, wie viele Zustände n Bit haben.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Wo man Logikschaltungen einsetzt

Ein Computer kennt nur 0 und 1. Eine solche Stelle heißt Bit. Acht Bit sind ein Byte. Ein Speicherbaustein für ein Bit heißt Flipflop. Er hält seinen Zustand, bis ein neues Signal kommt. Er speichert also eine 0 oder eine 1. Mehrere Flipflops hintereinander bilden einen Zähler. Bei jedem Impuls springt der Zähler eine Zahl weiter. Die Zahl steht als Binärzahl in den Flipflops. Drei Flipflops können 8 Zustände darstellen: von 000 bis 111, das sind die Zahlen 0 bis 7. Vier Flipflops schaffen 16 Zustände. Allgemein gilt: n Bit haben 2 hoch n Zustände. Zähler stecken in Uhren, Tachos und in Zählanlagen mit Lichtschranke, die Personen zählen. Ein Taktsignal gibt dabei den Rhythmus vor.

Ein Zähler mit 3 Flipflops zählt von 0 bis 7.
DezimalBinär (3 Bit)
0000
1001
2010
3011
5101
7111

Zustände zählen

  1. Gegeben: Ein Zähler mit 4 Flipflops.
  2. Jedes Flipflop hat 2 Zustände: 0 oder 1.
  3. Zusammen: 2 · 2 · 2 · 2 = 16.
  4. Er zählt von 0 bis 15.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Ein Bit ist 0 oder 1.

Ein Flipflop merkt sich ein Bit.

Viele Flipflops bilden einen Zähler.

Ein Beispiel

Beispiel

Eine Lichtschranke am Eingang zählt Personen. Jede Person gibt einen Impuls. Der Zähler erhöht die Zahl um 1. Die Zahl ist als Binärzahl in den Flipflops gespeichert.

Schritt für Schritt

Du bestimmst die Zahl der Zustände.

  1. Schritt 1: Anzahl der Bit notieren.
  2. Schritt 2: So viele Zweien malnehmen, wie es Bit gibt.
  3. Schritt 3: Für die höchste Zahl 1 abziehen.

Mit einem Bild erklärt

Anzahl BitZuständehöchste Zahl
121
243
387
41615
8256255

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Wie viele Zustände kann ein Zähler mit 3 Flipflops darstellen?

Zeig mir den ersten Schritt

Rechne 2 · 2 · 2.

Lösung ansehen

Lösung: 8

2 · 2 · 2 = 8 Zustände, von 0 bis 7.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Wie viele Zustände hat ein Speicher mit 8 Bit (ein Byte)?

Zeig mir den ersten Schritt

2 hoch 8 heißt: 8 Zweien miteinander malnehmen.

Lösung ansehen

Lösung: 256

2 hoch 8 = 256 Zustände.

Tipp: Bei n Bit rechnest du 2 hoch n. Die höchste Zahl ist immer um 1 kleiner, weil auch die 0 mitzählt.

Merksatz: Ein Flipflop speichert 1 Bit. Ein Zähler besteht aus mehreren Flipflops. n Bit haben 2 hoch n Zustände.

Typischer Fehler: Viele denken, 4 Bit reichen bis zur 16. Weil die 0 mitzählt, geht der Zähler nur bis 15.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Was speichert ein Flipflop?
Lösung ansehen

Lösung: Ein Bit

Frage 2 Wie lautet die Zahl 5 als Binärzahl mit 3 Bit?
Lösung ansehen

Lösung: 101

Frage 3 Ein Zähler mit 4 Flipflops zählt bis 16.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 4 Wie viele Bit braucht man mindestens, um die Zahlen 0 bis 15 darzustellen?

Zeig mir den ersten Schritt

Für 16 Zustände brauchst du 2 hoch ? gleich 16.

Lösung ansehen

Lösung: 4

2 hoch 4 = 16. Also 4 Bit.

Geschafft

Ein Bit ist 0 oder 1. Ein Flipflop speichert ein Bit. Ein Zähler besteht aus mehreren Flipflops und zählt Impulse in Binärzahlen. n Bit haben 2 hoch n Zustände.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

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