Thema 3. von Neumann Architektur, CPU, Befehle

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Größe: px
Ab Seite anzeigen:

Download "Thema 3. von Neumann Architektur, CPU, Befehle"

Transkript

1 Thema 3 von Neumann Architektur, CPU, Befehle

2 zus. Literaturempfehlungen /1/ John von Neumann: First draft of a report on the EDVAC. /2/ Meiling, Fülle: Mikroprozessoren und Mikrorechner. Akademie-Verlang Berlin Kap. 2 /3/ Tanenbaum: Computerarchitektur. Pearson Studium 2001.

3 John von Neumann geb in Budapest, Ungarn gest in Washington DC, USA

4 Rechnerarchitektur nach John von Neumann in der Arbeit vom First draft of a report on the EDVAC wurden die Grundlagen gelegt: 5 wesentliche Bestandteile einer Rechenanlage: Arithmetik-Einheit Steuer-Einheit Speicher-Einheit Eingabe- und Ausgabekanäle

5 Rechnerarchitektur nach John von Neumann Eingabewerk Speicherwerk Ausgabewerk Rechenwerk Steuersignale Steuerwerk Datensignale

6 Eingabewerk DIN Ausgabewerk DIN Eine Funktionseinheit innerhalb eines digitalen Rechensystems, Mit der das System Daten von außen her aufnimmt nach außen hin abgibt

7 Speicher(werk) DIN Eine Funktionseinheit innerhalb eines digitalen Rechensystems, die digitale Daten aufnimmt, aufbewahrt und abgibt.

8 Speicher(werk) DIN Eine Funktionseinheit innerhalb eines digitalen Rechensystems, die digitale Daten aufnimmt, aufbewahrt und abgibt.

9 Rechenwerk DIN44300 Eine Funktionseinheit innerhalb eines digitalen Rechensystems, die Rechenoperationen ausführt. - auch Vergleichen, Umformen, Verschieben... z.b. Addierschaltungen, Schieberegister,...

10 Leitwerk (Steuerwerk)DIN44300 Eine Funktionseinheit innerhalb eines digitalen Rechensystems, die die Reihenfolge steuert in der die Befehle eines Programms ausgeführt werden, die diese Befehle entschlüsselt und dabei gegebenenfalls modifiziert, die die für die Ausführung erforderlichen digitalen Signale abgibt.

11 man unterscheidet: Mikroprogramm-Leitwerk: CISC-Architektur z.b. Z80, 68000, x86(bis 486), Mainframe festverdrahtetes Leitwerk: RISC-Architektur z.b SPARC, PowerPC, MIPS, ALPHA, neuere x86 intern

12 heute: Busstruktur... Rechenwerk Steuerwerk CPU Speicherwerk Ein- und Ausgabekanal Befehle Daten Adressen Datenbus Adressbus Steuerbus }Sammelleitungen

13 CPU, Prozessor (Desktop-Computer) im Allgemeinen eine Einheit, bestehend aus Rechenwerk und Steuerwerk

14 reale CPU Opteron (AMD64) Copyright by Digit-Life.com, amd.com

15 Opteron Socket 940 Pinout ;-)

16 CPU, Prozessor (Z80 Lerncomputer) im Allgemeinen eine Einheit, bestehend aus Rechenwerk und Steuerwerk

17 reale CPU (Zilog Z80)

18 Z80 CPU Pinout A0..A15 Adressbus D0..D7 Datenbus Steuerbus: /M1 /MREQ /IORQ /RD /WR /RFSH /HALT /WAIT /INT, /NMI /RESET /BUSRQ /BUSAK

19 Speicher (Desktop-Computer) Gemeint ist der Arbeitsspeicher des Computers, auch RAM genannt (Random Access Memory) Größenordnung: Desktop: 1-16GB Server: 256 GB

20 Ein-und Ausgabe (Desktop-Computer) Display (mit Grafikkarte) Audio, Netzwerk, USB- Anschluss, Maus, Tastatur, aber auch Festplatte, DVD-Laufwerk, Flash-Speicher,

21 Mini-Lerncomputer Raspberry Pi

22 iphone 3GS PCB

23 Eigenschaften des vnr Programme und Daten sind im Speicher in gleicher Weise binär abgelegt. die Bedeutung (Befehle, Daten, Adressen) ist nur aus dem Kontext ersichtlich. Programm- und Datenstrukturen sind für die Hardware nicht erkennbar.

24 ... Die Abarbeitung eines Befehls erfolgt in zwei (bzw. drei) Phasen Fetch-Phase: Lesen eines Speicherwortes Befehlszähler erhöhen wenn weitere Operanden nötig, diese Worte lesen sowie Befehlszähler erhöhen Dekodieren des Befehls (Decode-Phase) Execute-Phase Ausführung der durch den Befehl vorgegebenen Operation, evtl. schreiben eines Speicherwortes

25 Modell-Rechner A 04 03???? A 0B... IP A B CPU Register: IP Instruction Pointer A, B Register IR Instruction Register AR Address Register IR AR Modellbefehle: 01 Laden vom Speicher in A 02 Schreiben von A in den Speicher 03 Kopieren A -> B 04 Addieren A = A + B

26 Vorgänge auf dem Bus 00 CPU MEM 01 I/O A 0B 0C 0D 0E 0F Adressbus Datenbus Steuerbus

27 Maschinenprogrammierung, ISA*) Codierung eines Programms ohne Nutzung einer Höheren Programmiersprache Nutzung der einzelnen CPU-Befehle binäre Codierung notwendig Vereinfachung: Assemblersprache Anwendungen: Spezialprogramme (Geschwindigkeit!) eigentliche Geräteansteuerung (Treiber) Betriebssystem-Kern *) ISA hier Instruction Set Architecture

28 Maschinen- bzw. Assemblercodierung Addition zweier Zahlen - Hexcode A A ? Assembler-Code Demonstration Z LD A,(SP1) 1803 LD B,A 1804 LD A,(SP2) 1807 ADD A,B 1808 LD (SP3),A SP1 DB 04h 1865 SP2 DB 03h 1866 SP3 DB 00h

29 Microprofessor MPF-1 Demonstration Lerncomputer auf Z80 Basis erstmals 1981 hergetellt bis heute produziert

30 Register schnelle Zwischenspeicher in der CPU ursprünglich war nur ein Akkumulator im Rechenwerk vorgesehen heute sehr viele allgemeine Register im Rechenwerk und auch spezielle Register im Steuerwerk vorhanden allgemeine Register haben meist (mindestens) eine Bitbreite entsprechend der Architektur Auf die Registerinhalte werden u.a. arithmetischen Befehle (ADD, SUB, INC, DEC, ) Logische Befehle (AND, OR, ) Verschiebe- und Rotationsbefehle angewendet.

31 Wichtige CPU-Register GP (general purpose) - Register zur Zwischenspeicherung von Daten u. Adressen Bsp. AX (8086; EAX ab 80386), B (Z80), d3 (68000) IP - Instruction Pointer (auch PC -- Programmcounter) Flag - Register Programmstatuswort Interne (für den Programmierer nicht zugänglich) z.b Adressregister, Befehlsregister

32 Flag Register speichert Zustandsinformationen der CPU Z S Z - H PV N C IA32 S - Sign flag Z - Zero flag H - Half Carry P/V Parity (even) or Overflow N Subtract C Carry

33 Befehle und Adressierungsarten Befehle oder Instructions sind das, was die CPU kann! Befehlsarten arithmetische Befehle, logische Befehle, Sprungbefehle, Transferbefehle, Kontrollbefehle Klassifizierung feste / variable Befehlslänge feste / variable Operandenanzahl

34 Befehlsaufbau: Operationscode- Adress-Teil Üblich: feste Länge für Op-Code (n Bit) 2n verschiedene Befehle oder: mit Adressteil - kurzer Op-Code...ohne - langer Op-Code oder: Op-Code-Länge entsprechend Häufigkeit

35 Beispiel Z80 Befehlslänge 1 Byte bis 4 Bytes OC 3C INC A OC OP 3E05 LD A,5 OC OP1 OP2 2A3412 LD HL,(1234h) OC1 OC2 DDF9 LD SP,IX OC1 OC2 OP DD3401 INC (IX+1) OC1 OC2 OP1 OP2 DD LD (IX+1),5

36 Beispiel: IA32, AMD64(EM64T) sehr komplexer Befehlsaufbau Befehlslänge 1 Byte bis 18 Bytes Legacy Prefixes: REX Prefix: Opcode: ModR/M: SIB: Displacement: Immediate: Vorsätze zur Modifikation des Befehls (z.b. REP) für AMD64/EM64T Befehlscode Register und Adressmodi Scale/Index/Base Byte zur Befehlsmodifikation Verschiebung bzgl. Adressierung Direktwert

37 Referenzstufen: 0: unmittelbare Adressierung Wert des Operanden steht im Befehl 1: direkte Adressierung Adresse des Operanden steht im Befehl 2: indirekte Adressierung Adresse der Adresse des Operanden steht im Befehl >2 wenig gebräuchlich

38 Problem der v-n-architektur Manipulation einzelner Speicherworte; je Befehl mehrere Speicherzugriffe Von-Neumann-Flaschenhals Lösungen: CISC-Architektur getrennte Befehls- und Datenspeicherung für einen gleichzeitigen Zugriff (Harvard-Architektur) viele Universalregister (SPARC) Befehlspipelining

39 Begriff Semantische Lücke Semantik einer Programmiersprache: Regeln und Konventionen, nach denen die Sprache interpretiert wird Semantik einer höheren PS (C++, Pascal,...) weicht ganz erheblich von der des Maschinencodes ab >>> Semantische Lücke

40 Beispiel von Hochsprachen C++ Pascal Algol Fortran Assemblersprache Maschinencode

Mikroprozessor als universeller digitaler Baustein

Mikroprozessor als universeller digitaler Baustein 2. Mikroprozessor 2.1 Allgemeines Mikroprozessor als universeller digitaler Baustein Die zunehmende Integrationsdichte von elektronischen Schaltkreisen führt zwangsläufige zur Entwicklung eines universellen

Mehr

C. BABBAGE (1792 1871): Programmgesteuerter (mechanischer) Rechner

C. BABBAGE (1792 1871): Programmgesteuerter (mechanischer) Rechner Von-Neumann-Rechner (John von Neumann : 1903-1957) C. BABBAGE (1792 1871): Programmgesteuerter (mechanischer) Rechner Quelle: http://www.cs.uakron.edu/~margush/465/01_intro.html Analytical Engine - Calculate

Mehr

4 Der Von-Neumann-Rechner als Grundkonzept für Rechnerstrukturen

4 Der Von-Neumann-Rechner als Grundkonzept für Rechnerstrukturen 4 Der Von-Neumann-Rechner als Grundkonzept für Rechnerstrukturen Ein Rechner besteht aus den folgenden Bestandteilen: Rechenwerk Rechenoperationen wie z.b. Addition, Multiplikation logische Verknüpfungen

Mehr

INFORMATIK Oberstufe. Funktionsweise eines Rechners

INFORMATIK Oberstufe. Funktionsweise eines Rechners INFORMATIK Oberstufe Funktionsweise eines Rechners Lehrplan Inf 12.3 (ca. 17 Std.): Grundlegende Kenntnisse über den Aufbau eines Rechners und seiner prinzipiellen Funktionsweise helfen den Schülern, den

Mehr

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

Mehr

ZENTRALEINHEITEN GRUPPE

ZENTRALEINHEITEN GRUPPE 31. Oktober 2002 ZENTRALEINHEITEN GRUPPE 2 Rita Schleimer IT für Führungskräfte WS 2002/03 1 Rita Schleimer TEIL 1 - Inhalt Zentraleinheit - Überblick Architekturprinzipien Zentralspeicher IT für Führungskräfte

Mehr

2. Computer (Hardware) K. Bothe, Institut für Informatik, HU Berlin, GdP, WS 2015/16

2. Computer (Hardware) K. Bothe, Institut für Informatik, HU Berlin, GdP, WS 2015/16 2. Computer (Hardware) K. Bothe, Institut für Informatik, HU Berlin, GdP, WS 2015/16 Version: 14. Okt. 2015 Computeraufbau: nur ein Überblick Genauer: Modul Digitale Systeme (2. Semester) Jetzt: Grundverständnis

Mehr

RO-Tutorien 3 / 6 / 12

RO-Tutorien 3 / 6 / 12 RO-Tutorien 3 / 6 / 12 Tutorien zur Vorlesung Rechnerorganisation Christian A. Mandery WOCHE 4 AM 21.05.2013 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

Mehr

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK FAKULTÄT FÜR INFORMATIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation Prof. Dr. Arndt Bode Einführung in die Rechnerarchitektur Wintersemester 2016/2017 Tutorübung

Mehr

TECHNISCHE HOCHSCHULE NÜRNBERG GEORG SIMON OHM Die Mikroprogrammebene eines Rechners Das Abarbeiten eines Arbeitszyklus eines einzelnen Befehls besteht selbst wieder aus verschiedenen Schritten, z.b. Befehl

Mehr

Mikrocomputertechnik. Einadressmaschine

Mikrocomputertechnik. Einadressmaschine technik Einadressmaschine Vorlesung 2. Mikroprozessoren Einführung Entwicklungsgeschichte Mikroprozessor als universeller Baustein Struktur Architektur mit Akku ( Nerdi) FH Augsburg, Fakultät für Elektrotechnik

Mehr

3. Rechnerarchitektur

3. Rechnerarchitektur ISS: EDV-Grundlagen 1. Einleitung und Geschichte der EDV 2. Daten und Codierung 3. Rechnerarchitektur 4. Programmierung und Softwareentwicklung 5. Betriebssyteme 6. Internet und Internet-Dienste 3. Rechnerarchitektur

Mehr

L3. Datenmanipulation

L3. Datenmanipulation L Datenmanipulation Aufbau eines Computers Prozessor, Arbeitsspeicher und system Maschinensprachen und Maschinenbefehle Beispiel einer vereinfachten Maschinensprache Ausführung des Programms und Befehlszyklus

Mehr

Die Mikroprogrammebene eines Rechners

Die Mikroprogrammebene eines Rechners Die Mikroprogrammebene eines Rechners Das Abarbeiten eines Arbeitszyklus eines einzelnen Befehls besteht selbst wieder aus verschiedenen Schritten, z.b. Befehl holen Befehl dekodieren Operanden holen etc.

Mehr

1. Übung - Einführung/Rechnerarchitektur

1. Übung - Einführung/Rechnerarchitektur 1. Übung - Einführung/Rechnerarchitektur Informatik I für Verkehrsingenieure Aufgaben inkl. Beispiellösungen 1. Aufgabe: Was ist Hard- bzw. Software? a Computermaus b Betriebssystem c Drucker d Internetbrowser

Mehr

Im Original veränderbare Word-Dateien

Im Original veränderbare Word-Dateien Das Von-Neumann-Prinzip Prinzipien der Datenverarbeitung Fast alle modernen Computer funktionieren nach dem Von- Neumann-Prinzip. Der Erfinder dieses Konzeptes John von Neumann (1903-1957) war ein in den

Mehr

Mikroprozessor bzw. CPU (Central Processing. - Steuerwerk (Control Unit) - Rechenwerk bzw. ALU (Arithmetic Logic Unit)

Mikroprozessor bzw. CPU (Central Processing. - Steuerwerk (Control Unit) - Rechenwerk bzw. ALU (Arithmetic Logic Unit) Der Demo-Computer besitzt einen 4Bit-Mikroprozessor. Er kann entsprechend Wörter mit einer Breite von 4 Bits in einem Schritt verarbeiten. Die einzelnen Schritte der Abarbeitung werden durch Lampen visualisiert.

Mehr

Teil VIII Von Neumann Rechner 1

Teil VIII Von Neumann Rechner 1 Teil VIII Von Neumann Rechner 1 Grundlegende Architektur Zentraleinheit: Central Processing Unit (CPU) Ausführen von Befehlen und Ablaufsteuerung Speicher: Memory Ablage von Daten und Programmen Read Only

Mehr

Einführung in die Informatik

Einführung in die Informatik Einführung in die Informatik Dipl.-Inf., Dipl.-Ing. (FH) Michael Wilhelm Hochschule Harz FB Automatisierung und Informatik mwilhelm@hs-harz.de http://www.miwilhelm.de Raum 2.202 Tel. 03943 / 659 338 FB

Mehr

Datenpfad einer einfachen MIPS CPU

Datenpfad einer einfachen MIPS CPU Datenpfad einer einfachen MIPS CPU Zugriff auf den Datenspeicher Grundlagen der Rechnerarchitektur Prozessor 19 Betrachten nun Load und Store Word Erinnerung, Instruktionen lw und sw sind vom I Typ Format:

Mehr

DATEN UND BEFEHLSFORMATE, ADDRESSIERUNGSARTEN UND MASCHINEN- PROGRAMMIERUNGSKONZEPTE

DATEN UND BEFEHLSFORMATE, ADDRESSIERUNGSARTEN UND MASCHINEN- PROGRAMMIERUNGSKONZEPTE D - CA - IV - AA - 1 HUMBOLDT-UNIVERSITÄT ZU BERLIN INSTITUT FÜR INFORMATIK Vorlesung 4 DATEN UND BEFEHLSFORMATE, ADDRESSIERUNGSARTEN UND MASCHINEN- PROGRAMMIERUNGSKONZEPTE Sommersemester 2003 Leitung:

Mehr

Arithmetische und Logische Einheit (ALU)

Arithmetische und Logische Einheit (ALU) Arithmetische und Logische Einheit (ALU) Enthält Blöcke für logische und arithmetische Operationen. n Bit Worte werden mit n hintereinander geschalteten 1 Bit ALUs bearbeitet. Steuerleitungen bestimmen

Mehr

2.2 Rechnerorganisation: Aufbau und Funktionsweise

2.2 Rechnerorganisation: Aufbau und Funktionsweise 2.2 Rechnerorganisation: Aufbau und Funktionsweise é Hardware, Software und Firmware é grober Aufbau eines von-neumann-rechners é Arbeitsspeicher, Speicherzelle, Bit, Byte é Prozessor é grobe Arbeitsweise

Mehr

Kap 4. 4 Die Mikroprogrammebene eines Rechners

Kap 4. 4 Die Mikroprogrammebene eines Rechners 4 Die Mikroprogrammebene eines Rechners Das Abarbeiten eines Arbeitszyklus eines einzelnen Befehls besteht selbst wieder aus verschiedenen Schritten (Befehl holen, Befehl dekodieren, Operanden holen etc.).

Mehr

Rechner Architektur. Martin Gülck

Rechner Architektur. Martin Gülck Rechner Architektur Martin Gülck Grundlage Jeder Rechner wird aus einzelnen Komponenten zusammengesetzt Sie werden auf dem Mainboard zusammengefügt (dt.: Hauptplatine) Mainboard wird auch als Motherboard

Mehr

Das Rechnermodell von John von Neumann

Das Rechnermodell von John von Neumann Das Rechnermodell von John von Neumann Historisches Die ersten mechanischen Rechenmaschinen wurden im 17. Jahhundert entworfen. Zu den Pionieren dieser Entwichlung zählen Wilhelm Schickard, Blaise Pascal

Mehr

Teil 1: Prozessorstrukturen

Teil 1: Prozessorstrukturen Teil 1: Prozessorstrukturen Inhalt: Mikroprogrammierung Assemblerprogrammierung Motorola 6809: ein einfacher 8-Bit Mikroprozessor Mikrocontroller Koprozessoren CISC- und RISC-Prozessoren Intel Pentium

Mehr

Grundlagen der Rechnerarchitektur

Grundlagen der Rechnerarchitektur Grundlagen der Rechnerarchitektur ARM, x86 und ISA Prinzipien Übersicht Rudimente des ARM Assemblers Rudimente des Intel Assemblers ISA Prinzipien Grundlagen der Rechnerarchitektur Assembler 2 Rudimente

Mehr

Grundlagen der Rechnerarchitektur

Grundlagen der Rechnerarchitektur Grundlagen der Rechnerarchitektur Einführung Unsere erste Amtshandlung: Wir schrauben einen Rechner auf Grundlagen der Rechnerarchitektur Einführung 2 Vorlesungsinhalte Binäre Arithmetik MIPS Assembler

Mehr

Technische Informatik 1

Technische Informatik 1 Technische Informatik 1 2 Instruktionssatz Lothar Thiele Computer Engineering and Networks Laboratory Instruktionsverarbeitung 2 2 Übersetzung Das Kapitel 2 der Vorlesung setzt sich mit der Maschinensprache

Mehr

Steuerwerk einer CPU. Einführung in die Technische Informatik Falko Dressler, Stefan Podlipnig Universität Innsbruck

Steuerwerk einer CPU. Einführung in die Technische Informatik Falko Dressler, Stefan Podlipnig Universität Innsbruck Steuerwerk einer CPU Einführung in die Technische Informatik Falko Dressler, Stefan Podlipnig Universität Innsbruck Übersicht Implementierung des Datenpfads Direkte Implementierung Mikroprogrammierung

Mehr

7 Ein einfacher CISC-Prozessor

7 Ein einfacher CISC-Prozessor 7 Ein einfacher CISC-Prozessor In diesem Kapitel wird ein einfacher Prozessor vorgestellt. Die Architektur, die wir implementieren, wurde von R. Bryant und D. O Hallaron entworfen und verwendet eine Untermenge

Mehr

Rechnerarchitektur. Dr. Andreas Müller TU Chemnitz Fakultät für Informatik Fakultätsrechen- und Informationszentrum anmu@informatik.tu-chemnitz.

Rechnerarchitektur. Dr. Andreas Müller TU Chemnitz Fakultät für Informatik Fakultätsrechen- und Informationszentrum anmu@informatik.tu-chemnitz. Rechnerarchitektur Dr. Andreas Müller TU Chemnitz Fakultät für Informatik Fakultätsrechen- und Informationszentrum anmu@informatik.tu-chemnitz.de Rechnerarchitektur Dr. Andreas Müller TU Chemnitz Fakultät

Mehr

Prozessorarchitektur. Kapitel 1 - Wiederholung. M. Schölzel

Prozessorarchitektur. Kapitel 1 - Wiederholung. M. Schölzel Prozessorarchitektur Kapitel - Wiederholung M. Schölzel Wiederholung Kombinatorische Logik: Ausgaben hängen funktional von den Eingaben ab. x x 2 x 3 z z = f (x,,x n ) z 2 z m = f m (x,,x n ) Sequentielle

Mehr

3.0 8051 Assembler und Hochsprachen

3.0 8051 Assembler und Hochsprachen 3.0 8051 Assembler und Hochsprachen Eine kurze Übersicht zum Ablauf einer Programmierung eines 8051 Mikrocontrollers. 3.1 Der 8051 Maschinencode Grundsätzlich akzeptiert ein 8051 Mikrocontroller als Befehle

Mehr

Instruktionssatz-Architektur

Instruktionssatz-Architektur Institut für Informatik 3: Rechnerarchitektur Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg WS 2005/2006 Übersicht 1 Einleitung 2 Bestandteile der ISA 3 CISC / RISC Übersicht 1 Einleitung 2 Bestandteile

Mehr

Prozessor HC680 fiktiv

Prozessor HC680 fiktiv Prozessor HC680 fiktiv Dokumentation der Simulation Die Simulation umfasst die Struktur und Funktionalität des Prozessors und wichtiger Baugruppen des Systems. Dabei werden in einem Simulationsfenster

Mehr

Technische Informatik. Der VON NEUMANN Computer

Technische Informatik. Der VON NEUMANN Computer Technische Informatik Der VON NEUMANN Computer Inhalt! Prinzipieller Aufbau! Schaltkreise! Schaltnetze und Schaltwerke! Rechenwerk! Arbeitsspeicher! Steuerwerk - Programmausführung! Periphere Geräte! Abstraktionsstufen

Mehr

Der Toy Rechner Ein einfacher Mikrorechner

Der Toy Rechner Ein einfacher Mikrorechner Der Toy Rechner Ein einfacher Mikrorechner Dr. Gerald Heim Haid-und-Neu-Str. 10-14 76131 Karlsruhe 16. Mai 1995 Allgemeine Informationen 2 Quelle: Phil Kopmann, Microcoded versus Hard-Wired Logic, Byte

Mehr

Computer-Architektur Ein Überblick

Computer-Architektur Ein Überblick Computer-Architektur Ein Überblick Johann Blieberger Institut für Rechnergestützte Automation Computer-Architektur Ein Überblick p.1/27 Computer-Aufbau: Motherboard Computer-Architektur Ein Überblick p.2/27

Mehr

Johann Wolfgang Goethe-Universität

Johann Wolfgang Goethe-Universität Flynn sche Klassifikation SISD (single instruction, single data stream): IS IS CU PU DS MM Mono (Mikro-)prozessoren CU: Control Unit SM: Shared Memory PU: Processor Unit IS: Instruction Stream MM: Memory

Mehr

Hinweise 80x86-Architektur

Hinweise 80x86-Architektur Hinweise 80x86-Architektur Rainer Müller Department Informatik 4 Verteilte Systeme und Betriebssysteme Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg WS 2014/2015 R. Müller Hinweise 80x86-Architektur

Mehr

Aufbau und Funktionsweise eines Computers

Aufbau und Funktionsweise eines Computers Aufbau und Funktionsweise eines Computers Thomas Röfer Hardware und Software von Neumann Architektur Schichtenmodell der Software Zahlsysteme Repräsentation von Daten im Computer Hardware Prozessor (CPU)

Mehr

1 Einleitung zum RISC Prozessor

1 Einleitung zum RISC Prozessor 1 Einleitung zum RISC Prozessor Wesentliche Entwicklungsschritte der Computer-Architekturen [2, 3]: Familienkonzept von IBM mit System/360 (1964) und DEC mit PDP-8 (1965) eingeführt: Gleiche Hardware-Architekturen

Mehr

Vorlesung Rechnerarchitektur. Einführung

Vorlesung Rechnerarchitektur. Einführung Vorlesung Rechnerarchitektur Einführung Themen der Vorlesung Die Vorlesung entwickelt an Hand von zwei Beispielen wichtige Prinzipien der Prozessorarchitektur und der Speicherarchitektur: MU0 Arm Speicher

Mehr

Rechnergrundlagen SS 2007. 11. Vorlesung

Rechnergrundlagen SS 2007. 11. Vorlesung Rechnergrundlagen SS 2007 11. Vorlesung Inhalt Evaluation der Lehre (Auswertung) Synchroner/asynchroner Systembus Kontrollfluss/Datenfluss RISC vs. CISC Speicherhierarchie Cache Lesen Schreiben Überschreiben

Mehr

Teil Rechnerarchitekturen M03. Darstellung von Zahlen, Rechnen, CPU, Busse. Corinna Schmitt corinna.schmitt@unibas.ch

Teil Rechnerarchitekturen M03. Darstellung von Zahlen, Rechnen, CPU, Busse. Corinna Schmitt corinna.schmitt@unibas.ch Teil Rechnerarchitekturen M03 Darstellung von Zahlen, Rechnen, CPU, Busse Corinna Schmitt corinna.schmitt@unibas.ch Darstellung von Zahlen Rechnen 2015 Corinna Schmitt Teil Rechnerarchitekturen - 2 Zwei

Mehr

Thema 4. Prozessoren

Thema 4. Prozessoren Thema 4 Prozessoren Wo sind wir? Rechenwerk Steuerwerk CPU Speicherwerk Ein- und Ausgabekanal Befehle Daten Adressen Datenbus Adressbus Steuerbus }Sammelleitungen Abgrenzung Mikroprozessor Im wesentlichen

Mehr

Arbeitsfolien - Teil 4 CISC und RISC

Arbeitsfolien - Teil 4 CISC und RISC Vorlesung Informationstechnische Systeme zur Signal- und Wissensverarbeitung PD Dr.-Ing. Gerhard Staude Arbeitsfolien - Teil 4 CISC und RISC Institut für Informationstechnik Fakultät für Elektrotechnik

Mehr

Rechnerarchitektur. M. Jakob. 1. Februar 2015. Gymnasium Pegnitz

Rechnerarchitektur. M. Jakob. 1. Februar 2015. Gymnasium Pegnitz Rechnerarchitektur M. Jakob Gymnasium Pegnitz 1. Februar 2015 Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau eines Computersystems Praktische Grundlagen Von-Neumann-Rechner 2 Darstellung und Speicherung von Zahlen 3 Registermaschinen

Mehr

IT für Führungskräfte. Zentraleinheiten. 11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 1

IT für Führungskräfte. Zentraleinheiten. 11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 1 IT für Führungskräfte Zentraleinheiten 11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 1 CPU DAS TEAM CPU heißt Central Processing Unit! Björn Heppner (Folien 1-4, 15-20, Rollenspielpräsentation 1-4) Harald Grabner (Folien

Mehr

68000 Assembler. WAS ist ein Assembler? Ein System, das den Programmierer hilft, eine maschinennahe Programmierung zu realisieren.

68000 Assembler. WAS ist ein Assembler? Ein System, das den Programmierer hilft, eine maschinennahe Programmierung zu realisieren. WAS ist ein Assembler? Ein System, das den Programmierer hilft, eine maschinennahe Programmierung zu realisieren. Ein Programm liegt der CPU in binärer Form vor und wird durch den Assembler in einer primitiven

Mehr

1 Aufgaben zu Wie funktioniert ein Computer?

1 Aufgaben zu Wie funktioniert ein Computer? 71 1 Aufgaben zu Wie funktioniert ein Computer? Netzteil a) Welche Spannungen werden von PC-Netzteilen bereitgestellt? 3.3 V, 5 V, 12 V, -5 V, -12 V. b) Warum können PC-Netzteile hohe Leistungen liefern,

Mehr

Assembler-Programmierung

Assembler-Programmierung Assembler-Programmierung Dr.-Ing. Volkmar Sieh Institut für Informatik 3: Rechnerarchitektur Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg SS 2011 Assembler-Programmierung 1/48 2012-02-29 Assembler-Programmierung

Mehr

Informatik II SS 2006. Von Neumann Prinzipien (1946) Bestandteile eines von Neumann Rechners. Speicher

Informatik II SS 2006. Von Neumann Prinzipien (1946) Bestandteile eines von Neumann Rechners. Speicher Von Neumann Prinzipien (1946) Informatik II SS 2006 Kapitel 3: Rechnerarchitektur Teil 2: von Neumann Architektur Dr. Michael Ebner Dr. René Soltwisch Lehrstuhl für Telematik Institut für Informatik 1.

Mehr

z/architektur von IBM

z/architektur von IBM von IBM Grundzüge einer modernen Architektur Von Matthias Fäth Gliederung Geschichtlicher Überblick Neuestes Flaggschiff Namensgebung Überblick Warum 64-Bit große Register Kompatibilität zu älteren Systemen

Mehr

Grundlegendes zum PC

Grundlegendes zum PC Grundlegendes zum PC Grundsätzlicher Aufbau eines PC Bild eines PC Beschreibung Eingabegeräte Ausgabegeräte Speicher Sonstige Bild eines PC Beschreibung Sind alle gleich die PC Sind in 3 bereiche eingeteilt:

Mehr

Skriptum Mikrocontroller-Systeme. Kapitel 3: Architektur eines Mikrocomputersystems am Beispiel 80x86

Skriptum Mikrocontroller-Systeme. Kapitel 3: Architektur eines Mikrocomputersystems am Beispiel 80x86 Hochschule Karlsruhe Fakultät Elektro- und Informationstechnik Studiengang Energie- und Automatisierungstechnik Skriptum Mikrocontroller-Systeme Kapitel 3: Architektur eines Mikrocomputersystems am Beispiel

Mehr

Compiler: Vom Code zum Maschinen-Code. C Programmierung - Vorlesung 2 Hochschule Regensburg 19.03.2012 Universitätsstraße 31, 93053 Regensburg

Compiler: Vom Code zum Maschinen-Code. C Programmierung - Vorlesung 2 Hochschule Regensburg 19.03.2012 Universitätsstraße 31, 93053 Regensburg Compiler: Vom Code zum Maschinen-Code C Programmierung - Vorlesung 2 Hochschule Regensburg 19.03.2012 Universitätsstraße 31, 93053 Regensburg Prof. Dr. Jan Dünnweber Zusammenhänge: C und Assembler Hochsprachen

Mehr

Vorlesung Programmieren

Vorlesung Programmieren Vorlesung Programmieren Funktionsweise von Computern Prof. Dr. Stefan Fischer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck http://www.itm.uni-luebeck.de/people/fischer Inhalt 1. Ein Blick zurück 2. Stand

Mehr

01.11.2012. Vorlesung Programmieren. Inhalt. Funktionsweise von Computern. Ein Blick zurück. 1. Ein Blick zurück. 2.

01.11.2012. Vorlesung Programmieren. Inhalt. Funktionsweise von Computern. Ein Blick zurück. 1. Ein Blick zurück. 2. Vorlesung Programmieren Funktionsweise von Computern Dr. Dennis Pfisterer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck http://www.itm.uni-luebeck.de/people/pfisterer Inhalt 1. Ein Blick zurück 2. Stand

Mehr

1. Geschichte des Computers

1. Geschichte des Computers 1. Geschichte des Computers Als erster Computer galt "Abakus", der vor rund 5 000 Jahren von den Chinesen erfunden wurde. Blaise Pascal (1623-1662): erfand 1643 einen Apparat, mit dem man einfache Additionen

Mehr

Informatik Computer-Hardware

Informatik Computer-Hardware Informatik Computer-Hardware Seite 1 Aufbau von Computersystemen Zentraleinheit und Peripherie Zentraleinheit Zur Zentraleinheit zählen der Prozessor, der Arbeitsspeicher (RAM), die verschiedenen Bus-

Mehr

a. Flipflop (taktflankengesteuert) Wdh. Signalverläufe beim D-FF

a. Flipflop (taktflankengesteuert) Wdh. Signalverläufe beim D-FF ITS Teil 2: Rechnerarchitektur 1. Grundschaltungen der Digitaltechnik a. Flipflop (taktflankengesteuert) Wdh. Signalverläufe beim D-FF b. Zähler (Bsp. 4-Bit Zähler) - Eingang count wird zum Aktivieren

Mehr

Neue Prozessor-Architekturen für Desktop-PC

Neue Prozessor-Architekturen für Desktop-PC Neue Prozessor-Architekturen für Desktop-PC Bernd Däne Technische Universität Ilmenau Fakultät I/A - Institut TTI Postfach 100565, D-98684 Ilmenau Tel. 0-3677-69-1433 bdaene@theoinf.tu-ilmenau.de http://www.theoinf.tu-ilmenau.de/ra1/

Mehr

Technische Informatik 2 Maschinenprogrammierungskonzepte

Technische Informatik 2 Maschinenprogrammierungskonzepte Technische Informatik 2 Maschinenprogrammierungskonzepte Prof Dr Miroslaw Malek Sommersemester 2005 wwwinformatikhu-berlinde/rok/ca Thema heute Ausführung von Befehlen Ein-/Ausgabeprogrammierung Architekturen

Mehr

Einführung (1) Erster funktionsfähiger programmgesteuerter Rechenautomat Z3, fertiggestellt 1941 Bild: Nachbau im Deutschen Museum München

Einführung (1) Erster funktionsfähiger programmgesteuerter Rechenautomat Z3, fertiggestellt 1941 Bild: Nachbau im Deutschen Museum München Einführung (1) Erster funktionsfähiger programmgesteuerter Rechenautomat Z3, fertiggestellt 1941 Bild: Nachbau im Deutschen Museum München Einführung (2) Architektur des Haswell- Prozessors (aus c t) Einführung

Mehr

MikroController der 8051-Familie

MikroController der 8051-Familie i Dipl.-Ing. Roland Dilsch MikroController der 8051-Familie Aufbau, Funktion, Einsatz Vogel Buchverlag Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 1 Was ist ein MikrocontroUer? 13 1.1 Aufbau eines Computers 13 1.2 Entstehung

Mehr

Ein Computer zum Selbstbauen

Ein Computer zum Selbstbauen www. MyCPU.eu Ein Computer zum Selbstbauen von Dennis Kuschel Gliederung: 1. Was ist die MyCPU und warum existiert sie? 2. Architektur der MyCPU 3. Befehlssatz 4. Emulator 5. Software 6. Nachbau Was ist

Mehr

Die Daten (Befehle und numerische Daten) werden in Form von BIT-Folgen verarbeitet.

Die Daten (Befehle und numerische Daten) werden in Form von BIT-Folgen verarbeitet. Übung Nr. 1b: MIKROPROZESSOR, Hewlett - Packard µ-lab en sind kleine Computer, die mit externen Geräten Daten austauschen können. Sie verfügen über Speicher, um Programme und Daten zu speichern und Eingangsund

Mehr

Prozessoren. Prozessoren Seite 1 von 9 Philipp Grasl 1AHWIM

Prozessoren. Prozessoren Seite 1 von 9 Philipp Grasl 1AHWIM Prozessoren Prozessoren Seite 1 von 9 Philipp Grasl 1AHWIM Inhalt 1. Definierung Prozessor:... 3 2. Historische Entwicklung:... 3 3. Aufbau:... 4 3.1 Register:... 4 3.2 Rechenwerke:... 4 3.3 Befehlsdecoder:...

Mehr

Mikrocomputertechnik

Mikrocomputertechnik Entwiklunggehihte der Mikroprozeoren Jhr µp-typ 1. Genertion 1971 Intel 4004 4-Bit ALU, 16x4Bit Regiter, 12 Bit Adreu, 45 Befehle, 2250 Trnitoren 1972 Intel 8008 8-Bit ALU, 6x8 Bit Regiter, 14 Bit Adreu,

Mehr

1 Random Access Maschine

1 Random Access Maschine 1 RANDOM ACCESS MASCHINE 1 1 Random Access Maschine Neue Hardware: Random Access Maschine = RAM. Der Name hat nichts mit Zufall zu tun, sondern mit wahlfreiem Zugriff. Die RAM besteht aus einem Eingabeband,

Mehr

Auch hier wieder. Control. RegDst Branch MemRead MemtoReg ALUOp MemWrite ALUSrc RegWrite. Instruction[31 26] (also: das Opcode Field der Instruktion)

Auch hier wieder. Control. RegDst Branch MemRead MemtoReg ALUOp MemWrite ALUSrc RegWrite. Instruction[31 26] (also: das Opcode Field der Instruktion) Auch hier wieder Aus voriger Wahrheitstabelle lässt sich mechanisch eine kombinatorische Schaltung generieren, die wir im Folgenden mit dem Control Symbol abstrakt darstellen. Instruction[31 26] (also:

Mehr

Wie arbeiten Computer?

Wie arbeiten Computer? Autor: Ortmann, Jürgen. Titel: Wie arbeiten Computer? Quelle: Einführung in die PC-Grundlagen. München, 8. Auflage, 2003. S. 29-41. Verlag: Addison-Wesley Verlag. Die Veröffentlichung erfolgt mit freunlicher

Mehr

Brückenkurs / Computer

Brückenkurs / Computer Brückenkurs / Computer Sebastian Stabinger IIS 23 September 2013 Sebastian Stabinger (IIS) Brückenkurs / Computer 23 September 2013 1 / 20 Content 1 Allgemeines zum Studium 2 Was ist ein Computer? 3 Geschichte

Mehr

Ein- Ausgabeeinheiten

Ein- Ausgabeeinheiten Kapitel 5 - Ein- Ausgabeeinheiten Seite 121 Kapitel 5 Ein- Ausgabeeinheiten Am gemeinsamen Bus einer CPU hängt neben dem Hauptspeicher die Peripherie des Rechners: d. h. sein Massenspeicher und die Ein-

Mehr

Random Access Machine (RAM) Berechenbarkeit und Komplexität Random Access Machines

Random Access Machine (RAM) Berechenbarkeit und Komplexität Random Access Machines Random Access Machine (RAM) Berechenbarkeit und Komplexität Random Access Machines Wolfgang Schreiner Wolfgang.Schreiner@risc.jku.at Research Institute for Symbolic Computation (RISC) Johannes Kepler University,

Mehr

Name: ES2 Klausur Thema: ARM 25.6.07. Name: Punkte: Note:

Name: ES2 Klausur Thema: ARM 25.6.07. Name: Punkte: Note: Name: Punkte: Note: Hinweise für das Lösen der Aufgaben: Zeit: 95 min. Name nicht vergessen! Geben Sie alle Blätter ab. Die Reihenfolge der Aufgaben ist unabhängig vom Schwierigkeitsgrad. Erlaubte Hilfsmittel

Mehr

Daniel Betz Wintersemester 2011/12

Daniel Betz Wintersemester 2011/12 Daniel Betz Wintersemester 2011/12 Digitally signed by daniel.betz@daniel-betz.com Date: 2011.12.04 17:24:40 +01'00' Insgesamt 16 Register von je 16 Bit (=WORD) Breite Untere 8 Register auch als 2 Register

Mehr

3AA. Prof. Dr. Wolfgang P. Kowalk. Universität Oldenburg WS 2005/2006

3AA. Prof. Dr. Wolfgang P. Kowalk. Universität Oldenburg WS 2005/2006 3AA Prof. Dr. Wolfgang P. Kowalk Universität Oldenburg WS 2005/2006 Version vom 24.10.2005 Übersicht Einführung in maschinennahe Programmierung Verständnis für grundlegende Vorgänge im Computer Jedes Programm

Mehr

Tutorium Rechnerorganisation

Tutorium Rechnerorganisation Woche 7 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

Mehr

Wintersemester Maschinenbau und Kunststofftechnik. Informatik. Tobias Wolf Seite 1 von 37

Wintersemester Maschinenbau und Kunststofftechnik. Informatik. Tobias Wolf  Seite 1 von 37 Skript Informatik Seite 1 von 37 Was ist Informatik? - Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, insbesondere deren automatisierte Verarbeitung mit Hilfe von

Mehr

Alle Speicherplatinen können als Programm- bzw. Arbeitsspeicher

Alle Speicherplatinen können als Programm- bzw. Arbeitsspeicher -1-1. Überblick Das System.009 umfaßt programmierbare binäre Steuereinrichtungen für den industriellen Einsatz. Charakteristisch ist, daß die BOOLEschen Gleichungen, die den konkreten Steueralgorithmus

Mehr

Vorlesung Programmieren

Vorlesung Programmieren Vorlesung Programmieren Funktionsweise von Computern Dr. Dennis Pfisterer Institut für Telematik, Universität zu Lübeck http://www.itm.uni-luebeck.de/people/pfisterer Inhalt 1. Ein Blick zurück 2. Stand

Mehr

Was ist die Performance Ratio?

Was ist die Performance Ratio? Was ist die Performance Ratio? Wie eben gezeigt wäre für k Pipeline Stufen und eine große Zahl an ausgeführten Instruktionen die Performance Ratio gleich k, wenn jede Pipeline Stufe dieselbe Zeit beanspruchen

Mehr

Grundlagen der Informatik

Grundlagen der Informatik Grundlagen der Informatik Logische und mathematische Grundlagen Digitale Daten Computerprogramme als Binärdaten von Neumann-Rechnerarchitektur Einführung in Maschinen-Code Speicherorganisation Betriebssysteme

Mehr

Mikrocomputertechnik. Adressierungsarten

Mikrocomputertechnik. Adressierungsarten Adressierungsarten Ein Mikroprozessor bietet meist eine Reihe von Möglichkeiten, die Operanden für eine Rechenoperation zu bestimmen. Diese Möglichkeiten bezeichnet man als Adressierungsarten. unmittelbare

Mehr

Technischer Aufbau und allgemeine Funktionsweise eines Computers

Technischer Aufbau und allgemeine Funktionsweise eines Computers Technischer Aufbau und allgemeine Funktionsweise eines Computers Jannek Squar Proseminar CiS Physik 01.11.2011 Technischer Aufbau und allgemeine Funktionsweise eines Computers -Was ist ein Computer S.

Mehr

Automatisierungstechnik AP1

Automatisierungstechnik AP1 Automatisierungstechnik AP1 Übersicht 1 Lernziele: Automatisierungstechnik AP1 Einführung in die Prozessorarchitektur und Maschinenprogrammierung Grundlagen des Aufbaus und der Wirkungsweise von Prozessoren

Mehr

das Grundprinzip findet sich auch heute noch, trotz aller gewaltigen technologischen Veränderungen, in modernen Mikroprozessoren D.

das Grundprinzip findet sich auch heute noch, trotz aller gewaltigen technologischen Veränderungen, in modernen Mikroprozessoren D. 1.1 von Neumann sche Universalrechenautomat (1) Urvater der meisten Rechner ist der klassische Universalrechenautomat (URA) geht zurück auf John von Neumann, Goldstine, Barks (Princeton, 1946) das Grundprinzip

Mehr

Assembler-Programme. Systemprogrammierung (37-023) Elementare Komponenten eines Assembler-Programmes

Assembler-Programme. Systemprogrammierung (37-023) Elementare Komponenten eines Assembler-Programmes Systemprogrammierung (37-023) Assemblerprogrammierung Betriebssystemgrundlagen Maschinenmodelle Dozent: Prof. Thomas Stricker krankheitshalber vertreten durch: Felix Rauch WebSite: http://www.cs.inf.ethz.ch/37-023/

Mehr

Einführung. Saalübung Informatik II SS Einführung. Einführung

Einführung. Saalübung Informatik II SS Einführung. Einführung Saalübung Informatik II SS 2006 SPIM-Assembler Teil 1 Einführung Übung zur SPIM-Assemblerprogrammierung Assembler ist die elementare Sprache eines Prozessors Assemblerbefehle repräsentieren die Basisoperationen

Mehr

Zentraleinheit (CPU) Arbeitsspeicher. Ausgabegeräte

Zentraleinheit (CPU) Arbeitsspeicher. Ausgabegeräte 2 Zusammenspiel der Hardware mit der Software ( auf dem PC) 2.1. Hardware Etwas zur Historie: Serienproduktion von Computern begann in den 60er Jahren ab etwa 1966 Einsatz von integrierten Schaltungen,

Mehr

Teil 2: Rechnerorganisation

Teil 2: Rechnerorganisation Teil 2: Rechnerorganisation Inhalt: Zahlendarstellungen Rechnerarithmetik schrittweiser Entwurf eines hypothetischen Prozessors mit Daten-, Adreß- und Kontrollpfad Speicherorganisation Mikroprogrammierung

Mehr

Technische Informatik 2 Adressierungsarten

Technische Informatik 2 Adressierungsarten Technische Informatik 2 Adressierungsarten Prof. Dr. Miroslaw Malek Sommersemester 2009 www.informatik.hu-berlin.de/rok/ca Thema heute X-Adressmaschine 0-Adressmaschine 1-Adressmaschine 2-Adressmaschine

Mehr

Grundlagen der Rechnerarchitektur. Einführung

Grundlagen der Rechnerarchitektur. Einführung Grundlagen der Rechnerarchitektur Einführung Unsere erste Amtshandlung: Wir schrauben einen Rechner auf Grundlagen der Rechnerarchitektur Einführung 2 Vorlesungsinhalte Binäre Arithmetik MIPS Assembler

Mehr

Modellierung und Programmierung 1

Modellierung und Programmierung 1 Modellierung und Programmierung 1 Prof. Dr. Sonja Prohaska Computational EvoDevo Group Institut für Informatik Universität Leipzig 21. Oktober 2015 Automat versus Computer Ein Automat ist eine Maschine,

Mehr

Angewandte Informatik

Angewandte Informatik Angewandte Informatik Teil 2.1 Was ist Hardware? Die Zentraleinheit! 1 von 24 Inhaltsverzeichnis 3... Was ist Hardware? 4... Teile des Computers 5... Zentraleinheit 6... Die Zentraleinheit 7... Netzteil

Mehr

Tutorübung 7: Mikroprogrammierung I

Tutorübung 7: Mikroprogrammierung I Tutorübung 7: Mikroprogrammierung I Vorlesung Einführung in die Technische Informatik (ETI) Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation Institut für Informatik 10 Technische Universität München

Mehr