Vorstellung (Wdh. für die Neuen )

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Vorstellung (Wdh. für die Neuen )"

Günther Beltz
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Vorstellung (Wdh. für die Neuen ) Mein Name: Christian Mandery Studiengang: Diplom-Informatik im 4. Semester (ich höre also im Moment selbst noch Technische Informatik 2) (bei Fragen und zum Senden von Programmieraufgaben-Lösungen): tutorium@chrismandery.de Jabber/XMPP (alternativ): chrism2711@jabber.ccc.de Tutoriums-Homepage (mit Punkteeinsicht): Kursiver Text bezieht sich auf Fragen, die im Tutorium (entweder auf den Folien oder der Tafel) geklärt werden und hinterher jeder Teilnehmer beantworten können sollte Wichtig: Wenn ihr Fragen habt, fragt einfach in das Tutorium hinein. Es gibt keine dummen Fragen!

2 Themen heute Besprechung des 1. Übungsblattes Übungsaufgaben C-Zeiger (Wiederholung) Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Architektur MIMA-Architektur

3 Besprechung des 1. Übungsblattes Ausgabe der Blätter am Ende des Tutoriums Punktzahl steht auf dem korrigierten Blatt und kann bei allen folgenden Blättern auch online eingesehen werden (ti-tut.chrismandery.de, euer Passwort steht ebenfalls auf dem korrigierten Blatt) Mehrfachabgabe (ein Blatt mit mehreren Namen) ist nicht erlaubt Gruppenarbeit in Lerngruppen ist erlaubt, aber bitte auf dem Blatt vermerken

4 Besprechung des 1. Übungsblattes (2) Häufige Fehler: 1.1 b) Gesucht: Ergebnis von 0x1324 & 0x5678 Erster Operator lautet 0x1324, nicht 0x1234

5 Besprechung des 1. Übungsblattes (3) Häufige Fehler: 1.2 c) Gesucht: Wert von h in int f = 7, g = 8, h = ~f ~g; Wenn die Aufgabe ohne Test mit C-Programm auf dem Papier gelöst wird, bitte unbedingt beachten, dass das Ergebnis ein signed int ist und somit als Zweierkomplementzahl zu interpretieren ist Wie rechnet man die Aufgabe also?

6 Besprechung des 1. Übungsblattes (4) Häufige Fehler: 2.1 = und == nicht verwechseln Operatorenreihenfolge beachten Was sind die entsprechenden Befehle ohne Verwendung des bedingten Ausdrucks und zu was wertet der dargestellte Ausdruck aus? Warum ist der zweite und dritte Fall als Anweisung wenig sinnvoll bzw. umständlich? x = a? b : c; (x = a)? b : c; (x == a)? b : c;

7 Übungsaufgaben C-Zeiger Gesucht: Inhalt von y nach Ausführung int x; int *y = &x;

8 Übungsaufgaben C-Zeiger (2) Gesucht: Inhalt von x und y nach Ausführung 1 int x = 21; int y = 16; int *p; int *q; 2 p = &x; 3 *p = 17; 4 q = &y; 5 p = q; 6 y = 15; 7 *p = x;

9 Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Arch. Was sind die grundlegenden Merkmale einer Von-Neumann-Architektur? Die CPU besteht aus unterschiedlichen Bestandteilen: (folgende Folien) Steuerwerk Rechenwerk Adresswerk (Speicherwerk) Registersatz Systembusschnittstelle Daten und Programme liegen in einem gemeinsamen Speicher und werden nicht in verschiedenen Speichern abgelegt (vgl. auch Harvard- Architektur) Zugriff auf Speicher und Ein- und Ausgabesystem über Systembus

10 Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Arch. (2) Was macht das Steuerwerk? Das Steuerwerk ist für die Abarbeitung des Programms zuständig Es enthält das Befehlsregister ( Instruction Register, kurz IR), in das es den auszuführenden Befehl lädt (Holphase) Der Befehl, der als binäres Wort (z.b. 24 Bit bei MIMA) vorliegt, wird nun dekodiert (Dekodierphase) Die Ausführung der Anweisung erfolgt dann durch Verwendung der anderen CPU-Komponenten (Ausführungsphase) Steuerregister regelt den grundsätzlichen Operationsmodus der CPU und enthält architekturabhängig z.b. Flags, um Interrupts zu erlauben/verbieten oder Kernel/User Space zu unterscheiden Statt festverdrahter Logik kann das Verhalten des Steuerwerks auch durch gespeicherten Microcode erfolgen (Vor-/Nachteile davon?)

11 Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Arch. (3) Was macht das Rechenwerk (ALU)? Das Rechenwerk führt Rechenoperationen auf Anweisung des Steuerwerks aus und stellt das Ergebnis diesem dann zur Verfügung Beispiele: Addition, Vergleich, AND (was noch?) Gleitkomma-Arithmetik normalerweise in einem eigenen Modul ( Floating Point Unit = FPU ), vorerst nicht weiter wichtig Das Statusregister enthält zusätzliche Informationen über die letzte Berechnung, z.b. Negativ-Flag, Übertrag-Flag (Carry-Flag), Überlauf-Flag

12 Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Arch. (4) Was ist das Adresswerk? Das Adresswerk regelt den Zugriff auf den externen Hauptspeicher, der Programmcode und Daten enthält Es holt Daten auf Anweisung des Steuerwerks aus dem Speicher Es schreibt auf Veranlassung des Steuerwerks Daten in den Speicher Hinweis: Das Adresswerk wird auch Speicherwerk oder Speicherverwaltungwerk ( Memory Management Unit = MMU ) genannt

13 Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Arch. (5) Was ist der Registersatz? Der Registersatz enthält die so genannten Register Ein Register ist ein Speicherbereich innerhalb der CPU, der Werte halten kann und um Größenordnungen schneller als der externe Hauptspeicher und auch der Cache ist Einige Spezialregister kennen wir schon, z.b. das Befehlsregister (enthält aktuellen Befehl), weitere werden wir bei MIMA dann kennenlernen Neben den Spezialregistern mit klar definierter Funktion gibt es in vielen CPU-Architekturen auch so genannte General Purpose Register ( GRP ), die von Programmen zur Beschleunigung zum Halten von Zwischenergebnissen verwenden werden können

14 Aufbau einer CPU der Von-Neumann-Arch. (6) Was ist die Systembusschnittstelle? Über den Systembus kommuniziert der Mikroprozessor mit seiner Umgebung bzw. externen Komponenten, z.b. dem Speicher Verschiedene Busse: Beispiel: Steuerbus: Unidirektional; dient zur Steuerung des Buszugriffes, wie z.b. Wahl des Operationsmodus durch die CPU Adressbus: Unidirektional; der Prozessor spezifiziert hier die Adresse der Speicherzelle, auf die er zugreifen möchte Datenbus: Bidirektional; übertragt die eigentlichen Nutzdaten, z.b. die angeforderten Daten aus dem Speicher oder die in den Speicher zu schreibenden Daten von der CPU Schreibe 10 in Speicherzelle 20 (CPU RAM) Lies Speicherzelle 20 (CPU RAM) - 10 (RAM CPU)

15 MIMA-Architektur Mikroprogrammierte Minimalmaschine Was heißt mikroprogrammiert? (vgl. Folie Steuerwerk) Einfach gehaltenes Modell für eine CPU der Von- Neumann-Architektur, das wir in TI 2/RO in der nächsten Zeit verwenden werden

16 MIMA-Architektur (2) Dieses hilfreiche Merkblatt findet ihr auf der TI- Homepage und am 3. Übungsblatt angehängt. Es fasst die Folien 4-13 (Register), 4-14 (Steuerwerk- Signale) und 4-15 (Op-Codes und ALU-Befehle) zusammen. Quelle & : ITEC Vorlesung TI2

17 MIMA-Architektur (3) Grundsätzlicher Aufbau der MIMA: Wo findet sich welche Komponente der Von- Neumann-Architektur? Welche Befehle (Opcodes) und welche ALU- Operationen (für interne Verwendung in Microcode) gibt es und was machen sie? Welche Register gibt es? Wozu dient der Akkumulator?

18 MIMA-Architektur (4) Welche Befehlsformate kennt die MIMA-Architektur? Wie viele verschiedene Befehle sind also möglich? Wie viele werden tatsächlich definiert? Es existieren zwei Befehlsformate: Befehl ohne Argument: 8 Bit Opcode, davon die letzten 4 Bit variabel, die ersten 4 Bit auf 0b1111, also 2 4 Befehl mit Argument: 4 Bit Opcode + 20 Bit Argument (20-Bit- Adresse oder Konstante), also (da 0b1111 reserviert) Es gibt also (2 4 1) = 31 Opcodes Tatsächlich implementiert werden aber nur 13 der möglichen Opcodes, die restlichen sind also invalid opcodes und dürfen nicht verwendet werden

19 MIMA-Architektur (5) Wie viele Bits stehen zur Darstellung der ALU- Operationen zur Verfügung? Wie viele verschiedene Anweisungen sind also möglich? Wie viele werden tatsächlich definiert? Es sind 3 Bits für die Auswahl der Operation reserviert. Möglich sind also 2 3 Operationen, diese sind (NOP eingeschlossen) auch alle definiert.

20 MIMA-Architektur (6) Was ist mit Mnemonik gemeint? Es handelt sich um ein menschenlesbares Kürzel für einen Opcode, das die Funktion der Befehls ausdrückt, und anstelle der Nummer zur Darstellung von Programmen verwendet werden kann. Für den Prozessor spielen die Mnemoniks überhaupt keine Rolle, er sieht lediglich die Binärdarstellung. Achtung: In einigen Darstellungen stehen Mnemoniks für mehrere Opcodes, wenn es z.b. verschiedene Opcodes gibt, je nachdem ob der Parameter eine Konstante oder ein Register ist (Assemblierer übernimmt dann Auflösung)

21 MIMA-Architektur (7) Wir wollen MIMA-Microcode entwickeln (Tafel) Holphase (natürlich für alle Befehle gleich) Ausführungsphase für den MIMA-Befehl OR a ( Akku OR <a> Akku ) Hinweis: Der Speicherzugriff über den Systembus dauert drei CPU-Takte

22 MIMA-Architektur (8) Wie können wir folgende Registertransfer-Anweisungen binär (im MIMA-Format) schreiben? (erster Takt der Lösungen der letzten Folie) (Tafel) IAR SAR; IAR X; R = 1; IR SAR; R = 1; Vorsicht: Lesen / Schreiben bezieht sich auf den Buszugriff. Akku liest heißt also z.b. tatsächlich, dass das Akkumulator-Register den Wert auf dem Bus als neuen Inhalt übernimmt. Hinweis: Die MIMA-Architektur verwendet folgendes Binärformat für die Mikrobefehle: (Quelle & : ITEC Vorlesung TI2)

Ähnliche Dokumente

Tutorium Rechnerorganisation

Tutorium Rechnerorganisation Woche 3 Tutorien 3 und 4 zur Vorlesung Rechnerorganisation 1 Christian A. Mandery: KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Grossforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu