Rechnerarchitektur: eine Einführung für Ingenieure und Informatiker : mit 33 Tabellen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Vieweg
2004
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| Schriftenreihe: | Uni-Script
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| adam_text | Titel: Rechnerarchitektur
Autor: Malz, Helmut
Jahr: 2004
Helmut Malz
Rechnerarchitektur
Eine Einführung für Ingenieure
und Informatiker
2., überarbeitete Auflage
Mit 148 Abbildungen und 33 Tabellen
ü-
Inhaltsverzeichnis VII
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung und Grundbegriffe 1
1.1 Vereinbarung 1
1.2 Was bedeutet Rechnerarchitektur? 1
1.3 Aufgaben eines Datenverarbeitungssystems 2
1.4 Einfaches Funktionsmodell 3
1.5 Schichtenmodell 4
1.6 Benutzeroberflächen 5
1.7 Betriebssystem 5
1.8 Schnittstelle zur Hardware 7
1.9 Analog- und Digitalrechner 8
2. Geschichtliche Entwicklung 9
2.1 Wichtige Entwicklungsschritte 9
2.2 Prinzip des Schickardschen Rechners 12
3. Zahlensysteme und ASCII-Zeichen 15
3.1 Dezimalsystem 15
3.2 Dualsystem 16
3.2.1 Umwandlung von Dual-in Dezimalzahlen 19
3.2.2 Umwandlung von Dezimal-in Dualzahlen 19
3.3 Darstellung von negativen Zahlen 20
3.3.1 Zahlendarstellung mit Vorzeichen und Betrag 20
3.3.2 Negative Zahlen durch Komplement-Darstellung 22
3.3.2.1 Zweier-Komplement 23
3.3.2.2 Einer-Komplement 25
3.3.2.3 Rechenregeln beim Einer-und Zweier-Komplement . 27
3.3.3 Verschiebung um einen Basiswert 30
3.4 Reelle Zahlen 31
3.4.1 Festkomma-Darstellung 31
3.4.2 Gleitkomma-Darstellung 31
3.4.3 Vergleich von Festkomma-und Gleitkomma-Darstellung 36
3.5 Andere Binärcodes 36
3.5.1 Unbeschränkte Binärcodes 36
3.5.2 Tetradencodes 37
3.6 Oktal- und Hexadezimalcode 39
3.7 ASCII-Code 40
3.8 Zusammenfassung der Zahlensysteme 42
VIII Inhaltsverzeichnis
Von Neumann-Rechnerarchitektur 43
4.1 Aufbau eines von Neumann-Rechners 44
4.2 Zentrale Recheneinheit 46
4.2.1 Rechenprozessor 46
4.2.1.1 Serielle Addition 50
4.2.1.2 Parallele Addition 54
4.2.1.3 Subtraktion 58
4.2.1.4 Multiplikation 59
4.2.1.5 Division 62
4.2.1.6 Spezielle Rechenwerke 65
4.2.1.6.1 Hardware-Multiplizierer 65
4.2.1.6.2 Tabellen-Rechenwerke 67
4.2.2 Steuerprozessor 69
4.2.2.1 Befehlsaufbau 70
4.2.2.2 Befehlsdecodierung 72
4.2.2.3 Befehlsausführung 75
4.3 Speicher 80
4.3.1 Speicher-Hierarchie 85
4.3.2 Prinzipieller Aufbau eines konventionellen Hauptspeichers 86
4.3.3 Die verschiedenen Halbleiter-Speicherbausteine 87
4.3.3.1 Dynamische Halbleiter-Bausteine 89
4.3.3.2 Varianten der DRAMs 92
4.3.4 Rambus-DRAM (RDRAM) 94
4.3.5 Speichermodule 97
4.3.6 Besonderheiten des dynamischen Speichers 100
4.3.7 Andere Speicher-Techniken 102
4.3.7.1 Der assoziative Speicher 102
4.3.7.2 Cache-Speicher 104
4.3.7.2.1 Anordnung eines Caches 104
4.3.7.2.2 Adressierung 105
4.3.7.2.3 Kohärenz 107
4.3.7.2.4 Gültigkeit der Cache-Daten 107
4.3.7.2.5 Level x Cache 108
4.3.7.2.6 Assoziativität 109
4.3.7.2.7 Entwurf eines direct mapped Caches 112
4.3.8 Virtuelle Adressierung 113
4.4 Interne Datenwege 118
4.4.1 Überblick 119
4.4.2 Bedeutung der Signalleitungen 123
4.4.3 Interrupt 126
4.4.4 DMA 131
4.4.5 Gegenüberstellung der verschiedenen Bussysteme im
PC-Bereich 133
Inhaltsverzeichnis IX
4.4.6 Chipsatz 136
4.4.7 Accelerated Graphics Port (AGP) 138
4.4.8 Interne Datenwege bei Großrechnern 139
4.5 Ein- und Ausgabe-Einheiten 140
4.6 Verbesserung an der von Neumann Architektur 141
5 System- und Prozessorstrukturen 143
5.1 Mikroprozessor-Systeme 143
5.2 RISC-Architektur 146
5.2.1 Ziel: hohe Prozessorleistung 146
5.2.1.1 CPU-Register 147
5.2.1.2 Pipeline-Struktur 147
5.2.1.3 Einfache Befehle 150
5.2.1.4 Optimierende Compiler 150
5.2.2 Zusammenfassung 155
5.3 Transputer 156
5.3.1 Hardware-Struktur 156
5.3.2 Prozessverwaltung 157
5.3.3 Kommunikation 157
5.3.4 Programmiersprache OCCAM 158
5.3.5 Zusammenfassung 160
5.4 Parallele Strukturen bei Einprozessorsystemen 160
5.4.1 VLIW 161
5.4.2 Superskalar 162
5.4.3 Superpipeline 164
5.5 Klassifizierungsschema von Rechenautomaten 164
5.5.1 Single Instruction - Single Data Machine (SISD) 165
5.5.2 Single Instruction - Multiple Data Machine (SIMD) 165
5.5.3 Multiple Instruction - Single Data Machine (MISD) 169
5.5.4 Multiple Instruction - Multiple Data Machine (MIMD) 169
6. Schnittstellen 171
6.1 Unterscheidungskriterien 172
6.2 Die wichtigsten Schnittstellen 177
6.2.1 V.24 (RS-232C) 178
6.2.3 Centronics 178
6.2.4 USB (universal serial bus) 179
6.2.5 Paralleles SCSI 181
7. Maschinenorientiertes Programmieren 185
7.1 Assembler-und höhere Programmiersprache 185
7.2 Die maschinenorientierte Sprache 186
X Inhaltsverzeichnis
7.3 Hardware-Merkmale der 80x86-Familie 187
7.3.1 Hardware-Aufbau 189
7.3.2 Datenformate 190
7.3.3 Register 191
7.3.4 Segmente 193
7.3.5 Speicheraufteilung 193
7.4 Struktur der Assemblerbefehle und Programmaufbau 195
7.4.1 Kommentare 195
7.4.2 Labels 195
7.4.3 Operatoren 196
7.4.4 Operanden 198
7.4.5 Programmaufbau 198
7.5 Adressierung 199
7.5.1 Begriffserläuterungen 199
7.5.2 Die Adressierungsarten 200
7.5.2.1 Unmittelbare Adressierung 201
7.5.2.2 Direkte Adressierung 201
7.5.2.3 Relative Adressierung 202
7.5.2.4 Indirekte Adressierung 203
7.5.2.5 Basisregister relative Adressierung 204
7.5.2.6 Indexregister relative Adressierung 204
7.5.2.7 Indirekte Adressierung mit zwei Registern 205
7.5.2.8 Basis- und Indexregister relative Adressierung 205
7.5.2.9 Vergleich der Adressierungsarten 206
7.6 Befehlssatz 207
7.6.1 Befehlsformat 207
7.6.2 Befehlsklassen 209
7.6.3 Pseudobefehle 209
7.6.4 Ein-und Ausgabe-Befehle 210
7.7 Der Debugger 210
7.8 Vom C-Programm zum Maschinenprogramm 211
Anhang: Befehlssatz des 8086 215
Literaturverzeichnis 221
Sachwortverzeichnis 223
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