Allgemeine Struktur eines Digitalrechners

Größe: px
Ab Seite anzeigen:

Download "Allgemeine Struktur eines Digitalrechners"

Transkript

1 2. Allgemeine Struktur eines Digitalrechner In diesem Skript soll im wesentlichen die maschinennahe Programmierung von Digitalrechnern behandelt werden. Deshalb wird auf die hardwaremäßige Realisierung des Digitalrechners nur soweit eingegangen, wie dies zum Verständnis seiner Funktionsweise unbedingt notwendig ist. Es wird fast immer ausreichen, die Struktur eines Digitalrechners durch die Darstellung und Beschreibung von Funktionsblöcken zu erklären. Die Strukturierung und Modularisierung komplexer technischer Systeme ist ein heute allgemein angewendetes Verfahren und bietet u.a. den Vorteil eines übersichtlichen und funktionsorientierten Aufbaus. Bereits früher entwickelte oder als komplexe integrierte Schaltungen vorliegende Teilsysteme sind so leicht in neu konzipierten, modularen Systemen einsetzbar. Jedes informationsverarbeitende System läßt sich auf die vier Grundfunktionen Eingabe ung Verarbeitung Ausgabe zurückführen. Abb. 2.1 zeigt die Blockstruktur eines Digitalrechners, die diese vier Grundfunktionen enthält. Für ein reibungsloses Zusammenwirken der Blöcke sorgt das zusätzlich notwendige Steuerwerk. Eingabe Verarbeiten u. n Ausgabe Eingabe Ausgabe Rechenwerk Steuerwerk (programmgesteuert) (programmgesteuert) arithmetische und logische Funktionen steuert alle Funktionsblöcke enthält Programme und Daten Daten- und Adressleitungen Ein-/Ausgabe Steuerleitungen Abb. 2.1 Blockstruktur Digitalrechner An die Eingabeeinheit ist die Eingabeperipherie, wie z.b. die Tastatur eines Terminals oder ein entsprechend ausgelegter Temperatursensor angeschlossen. Die von der Eingabeperipherie gelieferten Werte werden programmgesteuert über das Rechenwerk in den geladen. Das Steuerwerk sorgt bei der Ausführung eines Eingabebefehls (den es aus dem Programmspeicher erhält) für die Durchschaltung der eingelesenen Werte an das Rechenwerk und u.u. an den. 2-1

2 Der enthält zum einen das auszuführende Programm, in dem in geordneter Reihenfolge angegeben ist, wie die vorliegende Aufgabe gelöst werden soll. Zum anderen können im Daten (Eingabedaten, Zwischenergebnisse, Ausgabedaten) gespeichert sein. Die im Programmspeicher abgelegten Befehle werden nacheinander vom Steuerwerk gelesen, interpretiert und so in Hardwaresignale umgesetzt, daß die Wirkung des vorliegenden Befehls eintritt. Das Rechenwerk ermöglicht mindestens die Addition und Subtraktion von Integerzahlen, oft ist auch die Multiplikation und Division implementiert. Zusätzlich sind logische Verknüpfungen wie UND, ODER, Exklusiv- ODER und Inversion möglich. Über die Ausgabeeinheit werden die vom ausgeführten Programm erzeugten Daten an die Ausgabeperipherie wie z.b. an den Bildschirm eines Terminals oder an die Stellglieder einer Regelstrecke ausgegeben Arbeitsweise eines einfachen Digitalrechners Im folgenden soll die Arbeitsweise der einzelnen Funktionsblöcke noch etwas genauer beschrieben werden. Der Übersichtlichkeit halber werden die Ein- und Ausgabeblöcke vorerst nicht weiter betrachtet, da ihre Funktionsweise für das grundsätzliche Verständnis von untergeordneter Bedeutung ist. Der Rechner aus Abb reduziert sich damit auf die drei Funktionsblöcke Steuerwerk, Rechenwerk und, die in Abb etwas detaillierter dargestellt sind. Die Verbindung dieser Blöcke erfolgt über Busse (Leitungsbündel), und zwar über den Daten-, Adress- und Steuerbus. Über die Busse erfolgt der Informationsaustausch zwischen den einzelnen Funktionsblöcken. Wesentliches Merkmal eines Busses ist, daß an ihn mehrere Funktionsblöcke parallel angeschlossen sind. Solange an einem Bus nur ein Funktionsblock Sendeeigenschaften besitzt und alle anderen nur Empfangseigenschaften, werden sich beim Betrieb des Busses keine Probleme ergeben. Sobald aber mehrere Funktionsblöcke mit Sendeeigenschaften ausgestattet sind, kann es zu Buskonflikten kommen, wenn mehrere Sender gleichzeitig versuchen, auf dem Bus zu senden. Buskonflikte können sicher verhindert werden, wenn die Bussteuerung zentral vom Steuerwerk erfolgt. Ein Bus mit mehreren möglichen Sendern ist der Datenbus. Auf diesen Bus können alle drei Funktionsblöcke sendend zugreifen, dieser Bus wird auch als bi-direktionaler Bus bezeichnet. Dagegen ist der Adressbus ein unidirektionaler Bus. Nur das Steuerwerk erzeugt und sendet über ihn Adressen, die vor allem vom ausgewertet werden. Steuerbus Rechenwerk Steuerwerk Arbeitsregister ALU Mikroprogrammspeicher Rn ACCU +1 BZ AR IR FFFF Adressbus Datenbus Abb Aufbau eines einfachen Digitalrechners 2-2

3 Das Steuerwerk ist eines der wesentlichen Bestandteile eines Rechners. Es koordiniert die zeitlichen Abläufe im Gesamtsystem, indem es für jeden auszuführenden Befehl eine Folge von Steuersignalen in der richtigen zeitlichen Abfolge für eine vorgegebene Zeitdauer für die einzelnen Funktionsmodule generiert. Die Abarbeitung eines Maschinenbefehls wird vom Steuerwerk in folgenden Schritten durchgeführt: Befehl holen nächsten Befehl adressieren Befehl decodieren falls erforderlich, Operanden holen Befehl ausführen Der Befehl wird geholt, indem der Inhalt des Befehlszählers BZ in das Adressregister AR kopiert und von dort aus auf den Adressbus gelegt wird. Über den Datenbus wird der adressierte Befehl in das Instruktionsregister IR gelesen und dort decodiert. Parallel zum Lesen des s wird der Befehlszähler um 1 erhöht und zeigt damit auf den nächsten auszuführenden Befehl oder auf den Operanden des gerade geholten Befehls. Nachdem der Befehl decodiert ist, wird er entweder direkt ausgeführt oder es wird der für den auszuführenden Befehl noch zusätzlich benötigte Operand geholt und dann der Befehl ausgeführt. Man erkennt, daß das Steuerwerk eine erhebliche Anzahl von Teilschritten abarbeiten muß, bevor der auszuführende Befehl bekannt ist. Diese Phase wird als Befehlshol- oder Fetch-Phase bezeichnet, während man bei der Ausführung auch von der Executephase spricht. Die ersten drei Schritte der Fetch-Phase sind für jeden auszuführenden Befehl identisch und müssen bei jedem Befehl neu durchlaufen werden. Steuerwerke werden in modernen Mikroprozessoren als mikroprogrammierte Steuerwerke realisiert. Dabei wird das Mikroprogramm in Form eines Festwertspeichers (ROM) schon bei der Herstellung des Mikroprozessors auf dem Chip integriert und ist während des Betriebes nicht mehr veränderbar. Moderne Prozeßrechner haben teilweise aber auch beschreibbare Mikroprogrammspeicher (z.b. VAX 11/780). Hier kann der Anwender dann eigene Maschinenbefehle generieren und benutzen. Mikroprogrammierung und Programmierung von Mikroprozessoren sind also grundverschiedene Dinge. Der Programmierer eines Mikroprozessors wird sich nie mit der Mikroprogrammierung beschäftigen müssen, da das Mikroprogramm in seinem Mikroprozessor nicht veränderlich ist. Die grundlegende Struktur eines mikroprogrammierten Steuerwerkes zeigt Abb Seine wesentlichen Elemente sind der Mikroprogrammspeicher, das Mikrobefehlsregister und der Sequenzer. Für jede Steuerleitung im Gesamtsystem ist im Prinzip ein Bit im Mikroprogrammspeicher vorhanden. Deshalb ist die Wortbreite üblicher Mikroprogrammspeicher wesentlich höher als die gängiger Mikroprozessoren. Wortbreiten von 64 Bit und größer sind durchaus üblich. Ein kleiner Teil des Mikroprogrammwortes wird zur Erzeugung der Folgeadresse verwendet. Normalerweise legt der Sequenzer nach jedem Mikroprogrammschritt eine gegenüber der vorhergehenden Adresse um 1 erhöhte Folgeadresse an den Mikroprogrammspeicher. Damit auch Programmsprünge und Reaktionen auf externe Bedingungen wie z.b. Inhalt des Accus ist Null, möglich werden, muß dem Sequenzer für einen solchen Fall eine Verzweigungsadresse angeboten werden. Diese Verzweigungsadresse ist bei den eine Verzweigung zulassenden Mikroprogrammschritten im Mikroprogrammwort enthalten. Jeder im Arbeitsspeicher abgelegte Maschinenbefehl wird durch ein mehrere Mikroprogrammschritte langes Mikroprogramm realisiert. Der im Instruktionsregister gespeicherte auszuführende Befehl wird vom Sequenzer als Zeiger auf die Startadresse des Mikroprogramms aufgefaßt. Oft wird die eigentliche Startadresse über eine Tabelle ermittelt. Auch die Befehlsholphase ist als Mikroprogramm, oft als Mikrounterprogramm, realisiert. Das Mikroprogrammsteuerwerk ist also selbst wieder ein komplexer Automat, dessen Verhalten aber in der Regel vom Programmierer nicht mehr beeinflußbar ist. Mikroprogrammierte Steuerwerke lassen sich immer dann vorteilhaft einsetzen, wenn der Arbeitsspeicher verhältnismäßig große Zugriffszeiten aufweist und wenn in dieser Zeit genügend viele Mikroprogrammschritte ausgeführt werden können. Die Prozessoren der 80X86- und 680X0-Familie haben mikroprogrammierbare Steuerwerke. Sie zeichnen sich durch einen sehr umfangreichen Befehlssatz aus und werden deshalb zur Familie der CISC-Rechner (CISC - Complex Instruction Set Computer) gezählt. 2-3

4 Folgeadresse Steuerleitungen Steuerleitungen ACCU Steuerleitungen ALU Steuerleitungen f. Steuerwerk Mikrobefehlsregister Sequencer Adresse Steuerleitungen, für jede Leitung ein Bit im Mikroprogr.- speicher Mikroprogramm- Extterne Bed.- eingänge Instruktionsregister Datenbus Abb Blockschaltbild mikroprogrammierbares Steuerwerk Seit die Zugriffszeiten der Arbeitsspeicher deutlich unter 100 ns liegen, bietet die Ablaufsteuerung mit fest verdrahteten logischen Schaltungen in Verbindung mit der RISC-Architektur (RISC - Reduced Instruction Set Computer) bei gleicher Chip-Technologie die Möglichkeit erheblicher Leistungssteigerungen. Diese klassische und zugleich ältere Ablaufsteuerung entschlüsselt den Maschinenbefehl und erzeugt die entsprechenden Steuersignale durch fest verdrahtete Schaltwerke. Abb zeigt das Prinzip eines fest verdrahteten Steuerwerkes. Instr.-Reg. IR Zähler Takt Befehlsdecod. Zeitdecod. & & & Abb Festverdrahtetes Steuerwerk Steuerleitungen 2-4

5 Über die Zeitkodierung werden die einzelnen Steuerleitungen in den richtigen Zeitintervallen aktiviert. Die festverdrahteten Ablaufsteuerungen führen i.a. zu komplexen und schwer überschaubaren und änderbaren Hardwarestrukturen. Da aber bei RISC-Rechnern nur relativ wenige Grundbefehle implementiert sind, ergibt sich eine wesentlich kleinere Chipfläche für die Realisierung des Steuerwerkes und damit zusätzliche Chipfläche für die Implementierung weiterer Hardware oder weiterer Register. Hauptaufgabe des Rechenwerkes ist die Ausführung von arithmetischen und logischen Operationen. In Abb ist die Grundstruktur eines Rechenwerkes dargestellt. Es besteht aus drei wesentlichen Komponenten Arbeitsregister (z.b. Accumulator) Verknüpfungslogik (ALU) Statusregister Im einfachsten Fall hat das Rechenwerk nur ein Rechenregister, den Accumulator. Er hält den Operanden eines Befehls und nimmt nach Ausführung des Befehls das Ergebnis auf. Neuere Maschinen besitzen eine Vielzahl von Registern, die wiederum mehrfach in Registerbänken vorhanden sein können. Die Möglichkeit des Umschaltens von Registerbänken äußert sich z.b. in kurzen Reaktionszeiten auf externe Programmunterbrechungen (Interrupts), da dann die Registerinhalte des unterbrochenen Programms nicht gerettet werden müssen. zum Arbeitsregister Verknüpfungslogik ALU Statusregister vom Abb Grundstruktur eines Rechenwerkes vom Steuerwerk zum Steuerwerk In der ALU (Arithmetic Logic Unit) findet die Verknüpfung der in den Arbeitsregistern gespeicherten Operanden statt. Folgende Operationen werden von der ALU ausgeführt: Arithmetische Verknüpfungen (Addition, Subtraktion) Logische Operationen (UND, ODER, NICHT) Schiebeoperationen (Rechts/Links-Schieben) Register-Manipulationen (Increment, Decrement) Transferoperationen (Laden, n) Welche Operationen gerade durchgeführt werden sollen, wird durch die Steuersignale, die vom Steuerwerk in Abhängigkeit des gerade auszuführenden Maschinenbefehls erzeugt werden, festgelegt. Im Statusregister wird der Zustand der ALU nach der Ausführung des Befehls angezeigt. Wichtige Bedingungen, die im weiteren Programmverlauf ausgewertet werden können, sind Zero : Das von der ALU ermittelte Ergebnis ist Null Carry: Das Ergebnis ist nicht mehr im Ergebnis-register darstellbar. Es ist zu groß. 2-5

6 Sign: Gibt das Vorzeichen des Ergebnisses an Overflow: Überlauf bei vorzeichenbehafteten Zahlen Hilfscarry: Überlauf bei BCD-Rechnung innerhalb eines Bytes. Jeder dieser Bedingungen entspricht ein Bit (Flag) im Statusregister (Flagregister). Andere Befehle können sich auf diese Flags beziehen, wie z.b. der Befehl JNZ (Jump if not Zero). Ein Programmsprung erfolgt nur dann, wenn das Ergebnis der vorhergehenden ALU-Operation ungleich Null war. War sie gleich Null, wird der auf den JNZ- Befehl folgende Befehl ausgeführt. Bei Mikroprozessoren werden meistens das Steuerwerk und die ALU auf einem Chip zusammengefaßt und dann als Zentraleinheit oder CPU (Central Processing Unit) bezeichnet. Die Zusammenfassung in einem IC hat u.a. den Vorteil, daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit gesteigert werden kann, da die Status- und Steuersignale der beiden Funktionsblöcke Steuerwerk und ALU direkt miteinander verbunden werden können. Würde die Verbindung über Anschlüsse des Gehäuses vorgenommen, müßten Zwischenverstärker (Buffer) benutzt werden, die wiederum mit eigenen Verzögerungszeiten behaftet sind. Der Arbeitsspeicher enthält Befehle, Daten und Adressen. Die Zugriffszeit auf den beeinflußt in starkem Umfang die Leistungsfähigkeit eines Rechnersystems. Je kürzer die Zugriffszeiten sind, desto mehr Befehle können pro Zeiteinheit geholt und bei genügend schneller Zentraleinheit verarbeitet werden. Da Halbleiterspeicher heute schon sehr kurze Zugriffszeiten haben, werden Arbeitsspeicher fast ausschließlich als Halbleiterspeicher realisiert. Adressbus SA Datenbus DR Steuersignale Statussignale Abb Blockschaltbild Arbeitsspeicher SA - adressregister DR - Datenkommunikationsregister In Abb ist das Blockschaltbild eines Arbeitsspeichers dargestellt. Der Arbeitsspeicher enthält das adressregister SA, das über den Adressbus mit der CPU verbunden ist. Außerdem enthält der das Datenkommunikationsregister DR, in dem die ausgelesenen Daten stehen, die dann über den Datenbus in die CPU eingelesen werden können. Daten, die in den geschrieben werden, werden nicht in einem Register zwischengespeichert, sondern direkt vom Datenbus übernommen. Über Steuerleitungen wird die auszuführende operation (Schreiben/Lesen) festgelegt und über Statusleitungen wird z.b. mitgeteilt, ob die im Register DR stehenden Daten gültig sind oder ob ein fehler (z.b. Paritätsfehler) aufgetreten ist. In Abb sind noch einmal alle wichtiger Komponenten eines Rechnersystems im Blockschaltbild dargestellt. Verbunden sind die einzelnen Funktionsblöcke über ein System von Bussen, nämlich den Daten-, Adress- und Steuerbus. Werden im Arbeitsspeicher sowohl das Programm als auch die Daten gemeinsam gehalten, spricht man von einer von Neumann-Architektur bzw. von einer von Neumann-Maschine. Im Gegensatz dazu steht die Havard-Architektur, in der Befehls- und Datenspeicher in unterschiedlichen Adressräumen liegen. Eine von Neumann-Architektur haben z.b. die Prozessoren 8080, 80X86 und 680X0, während Prozessoren der Familie und bedingt auch die Prozessoren der TMS 320x0-Familie eine Havard-Architektur haben. 2-6

7 CPU Ein-/Ausgabe Datenbus Adressbus Steuerbus Abb Blockschaltbild Rechnersystem 2.2. Befehlssatz, Adressierungsarten Der Befehlssatz bildet die Schnittstelle zwischen der Hardware des Rechners und dem Programmierer. Relativ einfach lassen sich Rechner mit einem orthogonalen oder weitgehend orthogonalen Befehlssatz programmieren. Ein idealer orthogonaler Befehlssatz bietet folgende Möglichkeiten: Alle Adressierungsarten sind bei allen Befehlen möglich Alle Register sind als Operanden aller Befehle zugelassen Alle Befehle sind auf alle Datentypen (Byte, Wort, Langwort) anwendbar Leider sind die meisten Prozessoren im obigen Sinne auch nicht annähernd orthogonal, sodaß sich der Programmierer neben den zugelassenen Befehlen zusätzlich merken muß, welche Adressierungsarten, welche Register und welche Datentypen jeweils bei jedem einzelnen Befehl zulässig sind. Der Befehlssatz selbst besteht normalerweise aus folgenden Befehlstypen: Transportbefehle Arithmetische und logische Befehle Schiebebefehle Sprungbefehle Kontrollbefehle Am häufigsten werden Transport-, Arithmetische und Sprungbefehle benutzt. Analysiert man ein Maschinenprogramm genauer, so stellt man fest, daß sehr häufig Daten von einer Stelle im System zu einer anderen Stelle im System transportiert, dann in bestimmter Weise verändert und anschließend an eine dritte Stelle im System gebracht werden. In Kap werden die o.a. Befehlstypen noch weiter untergliedert und am Beispiel des Prozessors 8051 erläutert. An dieser Stelle sollen die Befehlstypen relativ allgemein behandelt werden. Transportbefehle sorgen für den Transfer zwischen den Registern, zwischen Registern und dem und für den Datentransfer von und zur Peripherie. Arithmetische Befehle beinhalten die Addition und Subtraktion sowie in manchen Fällen auch die Multiplikation und Division. Ein Sonderfall des Additions- und Subtraktionsbefehls ist der Increment- und Decrement-Befehl, die den Operanden jeweils um Eins erhöhen bzw. erniedrigen. 2-7

8 Logische Befehle verknüpfen die Operanden bitweise entsprechend der angegebenen logischen Operation. Allgemein sind folgende logische Operationen in einem Rechner implementiert: Komplement, logische UND-Verknüpfung, logische ODER-Verknüpfung und Exclusiv-ODER. Schiebebefehle verschieben den Inhalt von Registern um eine bestimte Anzahl von Stellen nach rechts bzw. nach links. Bei einfachen Prozessoren ist pro Schiebebefehl nur eine Verschiebung um 1 Bit möglich. Es gibt drei Arten von Schiebebefehlen: Arithmetisches Schieben unter Berücksichtigung des Vorzeichens Logisches Schieben, wobei nachrückende Stellen mit Nullen aufgefüllt werden Rund-Schieben (Rotation). Hier wird die höchstwertige Stelle mit der niederwertigsten Stelle verbunden Über Sprungbefehle läßt sich der Programmablauf beeinflussen. Es kann z.b. ein unbedingter Sprung zu einem anderen Programmteil oder ein bedingter Sprung in Abhängigkeit eines zuvor eingetretenen Ereignisses (z.b. Überlauf des Accus) ausgeführt werden. Auch Befehle zum Aufruf von Unterprogrammen oder zur Rückkehr aus Unterprogrammen gehören zur Klasse der Sprungbefehle. Kontrollbefehle sind z.b. Befehle, die den Prozessor anhalten oder dazu bringen, während eines Befehlszyklus keine Operation auszuführen. Befehle bestehen aus einem Operator, der die auszuführende Funktion beschreibt und aus Operanden, auf die diese Operation ausgeführt werden soll. Die Operanden können der Inhalt von Registern, von plätzen oder von Ein/Ausgabekanälen sein. Die Adressierungsart gibt die Art des Zugriffs auf diese Operanden an. Der Ort des einzelnen Operanden läßt sich auf sehr unterschiedliche Weise angeben, z.b. durch direkte Angabe seiner Adresse im oder durch Angabe eines Registers, in dem sich diese Adresse befindet. Im folgenden werden die wichtigsten Adressierungsarten aufgeführt. Adressierungsarten Absolute Adressierung Hat der Operand immer die gleiche Adresse im, kann diese im Befehl direkt angegeben werden. Beispiel: "Lade Register mit dem Inhalt eines fest vorgegebenen platzes" Lade Abb Absolute Adressierung 2-8

9 Unmittelbare Adressierung Zu einem Befehl gehörende Konstanten können in dem auf den Befehl folgenden wort gespeichert werden. Beispiel: "Lade die Konstante 9ABCH in das Register " Lade 9ABC 9ABC Abb Unmittelbare Adressierung Registeradressierung Hat ein Prozessor mehrere Arbeitsregister, können die einzelnen Register direkt im Befehl durch ihre Adresse angegeben werden. Da die Zahl der Prozessorregister meistens relativ klein ist, werden für die Darstellung der Registeradresse nur wenige Bit im Befehl benötigt. Beispiel: "Lade Register mit dem Inhalt des Registers " Lade Abb Registeradressierung Implizite Adressierung Hier ist die Operandenadresse implizit im Befehl enthalten. Hat ein Prozessor nur einen Accumulator, so muß dieser im Befehl nicht explizit als Adresse angegeben werden. Beispiel: "Lade den Accu mit dem Inhalt des platzes 1234H" Lade ACCU ACCU 5678 Abb Implizite Adressierung 2-9

10 Relative Adressierung Oft wird die Adresse des Operanden nicht absolut sondern als relativer Abstand (Offset) von einer anderen Adresse, z.b. relativ zum augenblicklichen Stand des Programmzählers, angegeben. Die tatsächliche Operandenadresse errechnet sich als Summe aus Bezugsadresse und Offset, wenn der Offset im 2-Komplement angegeben ist. Neben dem Programmzähler können auch andere Register als der "Basisadresse" benutzt werden. Beispiel: "Lade das Register mit dem Inhalt des platzes, dessen Adresse um 100H höher ist als der augenblickliche Stand des Programmzählers PC". Lade Lade ACCU ACCU Programmzähler PC ACCU 5678 Abb Relative Adressierung Indirekte Adressierung Bei der indirekten Adressierung wird die Operandenadresse nicht direkt angegeben, sondern der Befehl enthält die Adresse eines platzes, dessen Inhalt dann erst die wirkliche Operandenadresse ist. Auf diese Art wird es möglich, daß das gleiche Programm z.b. verschiedene Datenfelder bearbeitet, indem die Anfangsadresse des Feldes jeweils im verändert wird. Eine direkte Änderung der im Befehl angegebenen Adresse ist oft nicht möglich, da das Programm auch im Nur-Lese- (ROM) abgelegt sein kann. Beispiel: "Lade das Register indirekt mit dem Inhalt des platzes, dessen Adresse im platz 1234H steht". Lade 1234H 1234H 5678 H ABCDH 5678H ABCDH Abb Indirekte Adressierung 2-10

11 Indizierte Adressierung Die indizierte Adressierung hat Ähnlichkeit mit der relativen Adressierung. Bei der indizierten Adressierung wird die zum Befehl gehörende Adresse zum Inhalt eines als Indexregister zugelassenen Registers addiert. Diese Summe ergibt die effektive Operandenadresse. Beispiel: "Lade Register indiziert über Register mit dem Inhalt der Adresse, die um 100H größer ist als die in gespeicherte Adresse". Lade 100H 1010H H 1122H 1122H Abb Indizierte Adressierung 2-11

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

Von-Neumann-Architektur

Von-Neumann-Architektur Von-Neumann-Architektur Bisher wichtig: Konstruktionsprinzip des Rechenwerkes und Leitwerkes. Neu: Größerer Arbeitsspeicher Ein- und Ausgabewerk (Peripherie) Rechenwerk (ALU) Steuerwerk (CU) Speicher...ppppp...dddddd..

Mehr

9. Assembler: Der Prozessor Motorola 68000

9. Assembler: Der Prozessor Motorola 68000 9.1 Architektur des Prozessors M 68000 9.2 Adressierungsarten des M 68000 9-1 9.1 Beschreibung des Prozessors M 68000 Charakteristische Daten des 56 Maschinenbefehle 14 Adressierungsarten Zweiadressmaschine

Mehr

9. Assembler: Der Prozessor Motorola 68000

9. Assembler: Der Prozessor Motorola 68000 9.1 Architektur des Prozessors M 68000 9.2 Adressierungsarten des M 68000 9-1 9.1 Beschreibung des Prozessors M 68000 Charakteristische Daten des 56 Maschinenbefehle 14 Adressierungsarten Zweiadressmaschine

Mehr

Informatik 12 Kapitel 3 - Funktionsweise eines Rechners

Informatik 12 Kapitel 3 - Funktionsweise eines Rechners Fachschaft Informatik Informatik 12 Kapitel 3 - Funktionsweise eines Rechners Michael Steinhuber König-Karlmann-Gymnasium Altötting 9. Februar 2017 Folie 1/36 Inhaltsverzeichnis I 1 Komponenten eines PCs

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

Der von Neumann Computer

Der von Neumann Computer Der von Neumann Computer Grundlagen moderner Computer Technologie 1 Der moderne Computer ein weites Spektrum Typ Preis Anwendungsbeispiel embeded Computer 10-20 $ in Autos, Uhren,... Spielcomputer 100-200$

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

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

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

Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise eines Prozessors

Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise eines Prozessors Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise eines Prozessors [Technische Informatik Eine Einführung] Univ.- Lehrstuhl für Technische Informatik Institut für Informatik Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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

Computer - Aufbau u. Funktionsweise

Computer - Aufbau u. Funktionsweise Teil 3 Folie: 1 Ein Computerarbeitsplatz Teil 3 Folie: 2 Was ist in der Box? Hauptplatine, Motherboard Das Bussystem Teil 3 Folie: 3 Unter einem Bussystem (oder kurz einem Bus) versteht man bei einem PC

Mehr

b i Ergänzung zu Vollkonjunktionen (ohne Indizierung i = 0... n-1): q = a b a b q = a b q = a b a b a b

b i Ergänzung zu Vollkonjunktionen (ohne Indizierung i = 0... n-1): q = a b a b q = a b q = a b a b a b Ansatz: Die Realisierung von arithmetischen Operationen mit Logikgattern führt zu ähnlichen Verarbeitungsstrukturen für arithmetische und logische Befehle Parallele Zahlwort/oder Logikverarbeitung ist

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

Mikrocomputertechnik. Thema: Der Aufbau des XC888-Mikrocontrollers -Teil 1 -

Mikrocomputertechnik. Thema: Der Aufbau des XC888-Mikrocontrollers -Teil 1 - Mikrocomputertechnik Thema: Der Aufbau des XC888-Mikrocontrollers -Teil 1 - Mikroprozessor-Achritekturen Folie 2 Mikroprozessor-Achritekturen Klassifizierung anhand Wortbreite CPU-Architektur und Busleitungen

Mehr

Kap.2 Befehlsschnittstelle. Prozessoren, externe Sicht

Kap.2 Befehlsschnittstelle. Prozessoren, externe Sicht Kap.2 Befehlsschnittstelle Prozessoren, externe Sicht 2 Befehlsschnittstelle 2.1 elementare Datentypen, Operationen 2.2 logische Speicherorganisation 2.3 Maschinenbefehlssatz 2.4 Klassifikation von Befehlssätzen

Mehr

Aufbau eines Taschenrechners

Aufbau eines Taschenrechners siehe Skizze Aufbau einer Waage siehe Skizze Speichermöglichkeit Aufbau eines Taschenrechners Speichermöglichkeit Adressbus 65536 (2 16 ) (2 wegen der Zustände =aus und 1=an) => 65536 Möglichkeiten =>

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

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

Mikrocomputertechnik

Mikrocomputertechnik Mikrocomputertechnik Bernd-Dieter Schaaf Mit Mikrocontrollern der Familie 8051 ISBN 3-446-40017-6 Leseprobe Weitere Informationen oder Bestellungen unter http://www.hanser.de/3-446-40017-6 sowie im Buchhandel

Mehr

Philipp Grasl PROZESSOREN

Philipp Grasl PROZESSOREN 1 PROZESSOREN INHALTSVERZEICHNIS Definition/Verwendung Prozessor Historische Entwicklung Prozessor Aufbau Prozessor Funktionsweise Prozessor Steuerung/Maschinenbefehle Prozessorkern Prozessortakt 2 DEFINITION

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

5. Programmierung in Maschinensprache

5. Programmierung in Maschinensprache 5. Programmierung in Maschinensprache (Assembler) 5.1 Beschreibung des Prozessors M 68000 5.2 Adressierungsarten des M 68000 5.3 Maschinenbefehle des M 68000 5.4 Unterprogrammtechnik 5. Maschinensprache

Mehr

5.1 Beschreibung des Prozessors M Programmierung in Maschinensprache. 5.1 Beschreibung des Prozessors M 68000

5.1 Beschreibung des Prozessors M Programmierung in Maschinensprache. 5.1 Beschreibung des Prozessors M 68000 5. Programmierung in Maschinensprache (Assembler) 5.1 Beschreibung des Prozessors M 68000 5.1 Beschreibung des Prozessors M 68000 5.2 Adressierungsarten des M 68000 5.3 Maschinenbefehle des M 68000 5.4

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

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

Rechnergrundlagen SS Vorlesung

Rechnergrundlagen SS Vorlesung Rechnergrundlagen SS 2007 8. Vorlesung Inhalt Gleitkomma-Darstellung Normalisierte Darstellung Denormalisierte Darstellung Rechnerarchitekturen Von Neumann-Architektur Harvard-Architektur Rechenwerk (ALU)

Mehr

4. Mikroprogrammierung (Firmware)

4. Mikroprogrammierung (Firmware) 4. Mikroprogrammierung (Firmware) 4. Ein Mikroprogramm-gesteuerter Computer 4.2 Mikroprogramm-Beispiel: Multiplikation 4.3 Interpretation von Maschinenbefehlen durch ein Mikroprogramm 4. Mikroprogrammierung

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

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

Geräteentwurf mit Mikroprozessoren 1

Geräteentwurf mit Mikroprozessoren 1 Geräteentwurf mit Mikroprozessoren 1 Vorlesung am Institut für Elektronik der TU Graz Dipl.-Ing. Dr. Gerhard Stöckler SS 2003 Vorausgesetzte Kenntnisse: Grundlagen der Digitaltechnik Binäre Informationsdarstellung

Mehr

Rechnerorganisation. (10,11) Informationskodierung (12,13,14) TECHNISCHE UNIVERSITÄT ILMENAU. IHS, H.- D. Wuttke `09

Rechnerorganisation. (10,11) Informationskodierung (12,13,14) TECHNISCHE UNIVERSITÄT ILMENAU. IHS, H.- D. Wuttke `09 Rechnerorganisation Mathematische Grundlagen (1) Boolesche Algebren: : BMA, BAA (2,3) Kombinatorische Schaltungen (4,5) Automaten (6,7) Sequentielle Schaltungen (8) Programmierbare Strukturen (9) Rechneraufbau

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

Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences HSD RISC &CISC

Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences HSD RISC &CISC HSD RISC &CISC CISC - Complex Instruction Set Computer - Annahme: größerer Befehlssatz und komplexere Befehlen höhere Leistungsfähigkeit - Möglichst wenige Zeilen verwendet, um Aufgaben auszuführen - Großer

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

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

Informatikgrundlagen I Grundlagen der Informatik I

Informatikgrundlagen I Grundlagen der Informatik I Informatikgrundlagen I Grundlagen der Informatik I Dipl.-Inf. Michael Wilhelm Hochschule Harz FB Automatisierung und Informatik mwilhelm@hs-harz.de Raum 2.202 Tel. 03943 / 659 338 1 Inhalt 1. Einführung,

Mehr

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK FAKULTÄT FÜR INFORMATIK TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation Prof. Dr. Martin Schulz Einführung in die Rechnerarchitektur Wintersemester 217/218 Lösungsvorschlag

Mehr

Kap.3 Mikroarchitektur. Prozessoren, interne Sicht

Kap.3 Mikroarchitektur. Prozessoren, interne Sicht Kap.3 Mikroarchitektur Prozessoren, interne Sicht Kapitel 3 Mikroarchitektur 3.1 elementare Datentypen, Operationen und ihre Realisierung (siehe 2.1) 3.2 Mikroprogrammierung (zur Realisierung der Befehlsabarbeitung

Mehr

Mikroprozessoren. Aufbau und Funktionsweise. Christian Richter. Ausgewählte Themen der Multimediakommunikation SS 2005

Mikroprozessoren. Aufbau und Funktionsweise. Christian Richter. Ausgewählte Themen der Multimediakommunikation SS 2005 Mikroprozessoren Aufbau und Funktionsweise Christian Richter Ausgewählte Themen der Multimediakommunikation SS 2005 Christian Richter (TU-Berlin) Mikroprozessoren AT MMK 2005 1 / 22 Gliederung Was ist

Mehr

Mikroprozessoren Grundlagen AVR-Controller Input / Output (I/O) Interrupt Mathematische Operationen

Mikroprozessoren Grundlagen AVR-Controller Input / Output (I/O) Interrupt Mathematische Operationen Mikroprozessoren Grundlagen Aufbau, Blockschaltbild Grundlegende Datentypen AVR-Controller Anatomie Befehlssatz Assembler Speicherzugriff Adressierungsarten Kontrollstrukturen Stack Input / Output (I/O)

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

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK FAKULTÄT FÜ INFOMATIK TECNISCE UNIVESITÄT MÜNCEN Lehrstuhl für echnertechnik und echnerorganisation Prof. Dr. Martin Schulz Einführung in die echnerarchitektur Wintersemester 2017/2018 Lösungsvorschlag

Mehr

Microcomputertechnik

Microcomputertechnik Microcomputertechnik mit Mikrocontrollern der Familie 8051 Bearbeitet von Bernd-Dieter Schaaf 2. Auflage 2002. Buch. 230 S. Hardcover ISBN 978 3 446 22089 8 Format (B x L): 16 x 22,7 cm Gewicht: 407 g

Mehr

3.1 Architektur des von-neumann-rechners. 3. Grundlagen der Rechnerarchitektur

3.1 Architektur des von-neumann-rechners. 3. Grundlagen der Rechnerarchitektur 3. Grundlagen der Rechnerarchitektur 3.1 Architektur des von-neumann-rechners 3.1 Architektur des von - Neumann - Rechners 3.2 Maschinentypen: Einadressmaschine, Zweiadressmaschine 3.3 Befehlsformate und

Mehr

Inhaltsangabe. 2.1 DieCPU Der Speicher Die Busse Klassifikation der von-neumann-rechner... 37

Inhaltsangabe. 2.1 DieCPU Der Speicher Die Busse Klassifikation der von-neumann-rechner... 37 2 Rechnerarchitektur - Grundlegende Rechnerarchitektur - Bestandteile eines Rechners - Klassifikation von Rechnern Inhaltsangabe 2.1 DieCPU... 33 2.2 Der Speicher...... 35 2.3 Die Busse........ 37 2.4

Mehr

Rechnerorganisation. H.-D. Wuttke `

Rechnerorganisation. H.-D. Wuttke ` Rechnerorganisation Mathematische Grundlagen (1) Boolesche Algebren: BMA, BAA (2,3) Kombinatorische Schaltungen (4,5) Automaten (6,7) Sequentielle Schaltungen (8) Programmierbare Strukturen (9) Rechneraufbau

Mehr

3. Grundlagen der Rechnerarchitektur

3. Grundlagen der Rechnerarchitektur 3. Grundlagen der Rechnerarchitektur 3.1 Architektur des von-neumann-rechners 3.2 Maschinentypen: Einadressmaschine, Zweiadressmaschine 3.3 Befehlsformate und Adressierungstechniken 3.4 Beispiel: der Prozessor

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

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

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

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

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

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

, 2014W Übungsgruppen: Mo., Mi.,

, 2014W Übungsgruppen: Mo., Mi., VU Technische Grundlagen der Informatik Übung 5: ikroprozessor (icro16) 183.579, 2014W Übungsgruppen: o., 01.12. i., 03.12.2014 Aufgabe 1: Schaltwerksentwicklung Hexapod / Teil 2 a) Befüllen Sie die untenstehende

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

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

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

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

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

Datenpfad einer einfachen MIPS CPU

Datenpfad einer einfachen MIPS CPU Datenpfad einer einfachen MIPS CPU Die Branch Instruktion beq Grundlagen der Rechnerarchitektur Prozessor 13 Betrachten nun Branch Instruktion beq Erinnerung, Branch Instruktionen beq ist vom I Typ Format:

Mehr

Musterlösungen Technische Informatik 2 (T2) Prof. Dr.-Ing. D. P. F. Möller

Musterlösungen Technische Informatik 2 (T2) Prof. Dr.-Ing. D. P. F. Möller SS 2004 VAK 18.004 Musterlösungen Technische Informatik 2 (T2) Prof. Dr.-Ing. D. P. F. Möller Aufgabenblatt 2.5 Lösung 2.5.1 Befehlszähler (Program Counter, PC) enthält Adresse des nächsten auszuführenden

Mehr

Name: Vorname: Matr.-Nr.: 4. a) RISC-Architekturen müssen zur Decodierung von Maschinenbefehlen stets ein mikroprogrammierbares Steuerwerk verwenden.

Name: Vorname: Matr.-Nr.: 4. a) RISC-Architekturen müssen zur Decodierung von Maschinenbefehlen stets ein mikroprogrammierbares Steuerwerk verwenden. Name: Vorname: Matr.-Nr.: 4 Aufgabe 1 (8 Punkte) Entscheiden Sie, welche der folgenden Aussagen zum Thema CISC/RISC-Prinzipien korrekt sind. a) RISC-Architekturen müssen zur Decodierung von Maschinenbefehlen

Mehr

1. TÜ-Zusammenfassung zum Modul Computersysteme

1. TÜ-Zusammenfassung zum Modul Computersysteme 1. TÜ-Zusammenfassung zum Modul Computersysteme Kurzzusammenfassung 1. Kapitel Netzteil: Aufbau: Bereitgestellte Spannungen: 12V, -12V, 5V, -5V und 3.3V Leistung: Da bei Transformatoren die übertragbare

Mehr

1 Aufgaben Wie funktioniert ein Computer. a) Welche Spannungen werden von PC-Netzteilen bereitgestellt? 5W, 12W,

1 Aufgaben Wie funktioniert ein Computer. a) Welche Spannungen werden von PC-Netzteilen bereitgestellt? 5W, 12W, 81 1 Aufgaben Wie funktioniert ein Computer Netzteil a) Welche Spannungen werden von PCNetzteilen bereitgestellt? 3 BV 5W 12W 5 V 12W b) Warum können PCNetzteile hohe Leistungen liefern obwohl die eingebauten

Mehr

Struktur der CPU (1) Die Adress- und Datenpfad der CPU: Befehl holen. Vorlesung Rechnerarchitektur und Rechnertechnik SS Memory Adress Register

Struktur der CPU (1) Die Adress- und Datenpfad der CPU: Befehl holen. Vorlesung Rechnerarchitektur und Rechnertechnik SS Memory Adress Register Struktur der CPU (1) Die Adress- und Datenpfad der CPU: Prog. Counter Memory Adress Register Befehl holen Incrementer Main store Instruction register Op-code Address Memory Buffer Register CU Clock Control

Mehr

Vorstellung (Wdh. für die Neuen )

Vorstellung (Wdh. für die Neuen ) 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) E-Mail (bei Fragen und zum Senden

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

3. Grundlagen der Rechnerarchitektur. Praktische Informatik 2. Wolfgang Effelsberg

3. Grundlagen der Rechnerarchitektur. Praktische Informatik 2. Wolfgang Effelsberg 3.1 Architektur des von-neumann-rechners 3.2 Maschinentypen: Einadressmaschine, Zweiadressmaschine 3.3 Befehlsformate und Adressierungstechniken 3.4 Beispiele: Die Prozessoren Texas Instruments MSP 430

Mehr

Mikroprozessoren Grundlagen AVR-Controller Input / Output (I/O) Interrupt Mathematische Operationen

Mikroprozessoren Grundlagen AVR-Controller Input / Output (I/O) Interrupt Mathematische Operationen Mikroprozessoren Grundlagen Aufbau, Blockschaltbild Grundlegende Datentypen AVR-Controller Anatomie Befehlssatz Assembler Speicherzugriff Adressierungsarten Kontrollstrukturen Stack Input / Output (I/O)

Mehr

Kontrollpfad der hypothetischen CPU

Kontrollpfad der hypothetischen CPU Kontrollpfad der hypothetischen CPU fast alle Algorithmen benötigen FOR- oder WHILE-Schleifen und IF.. ELSE Verzweigungen Kontrollfluß ist datenabhängig CCR speichert Statussignale N,Z, V,C der letzten

Mehr

Rechnergrundlagen. Vom Rechenwerk zum Universalrechner. von Prof. Dr. Rainer Kelch. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

Rechnergrundlagen. Vom Rechenwerk zum Universalrechner. von Prof. Dr. Rainer Kelch. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag Rechnergrundlagen Vom Rechenwerk zum Universalrechner von Prof. Dr. Rainer Kelch mit 118 Bildern, 44 Tabellen, 11 Beispielen, 15 Aufgaben und einer CD-ROM ГЯ Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

Mehr

Rechnergrundlagen. Vom Rechenwerk zum Universalrechner

Rechnergrundlagen. Vom Rechenwerk zum Universalrechner Rechnergrundlagen. Vom Rechenwerk zum Universalrechner von Rainer Kelch 1. Auflage Hanser München 2003 Verlag C.H. Beck im Internet: www.beck.de ISBN 978 3 446 22113 0 Zu Leseprobe schnell und portofrei

Mehr

Kontrollpfad der hypothetischen CPU

Kontrollpfad der hypothetischen CPU Kontrollpfad der hypothetischen CPU fast alle Algorithmen benötigen FOR- oder WHILE-Schleifen und IF.. ELSE Verzweigungen Kontrollfluß ist datenabhängig CCR speichert Statussignale N,Z, V,C der letzten

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

Informatik I Modul 5: Rechnerarithmetik (2)

Informatik I Modul 5: Rechnerarithmetik (2) Herbstsemester 2, Institut für Informatik IFI, UZH, Schweiz Informatik I Modul 5: Rechnerarithmetik (2) 2 Burkhard Stiller M5 Modul 5: Rechnerarithmetik (2) Grundrechenarten Arithmetisch-logische Einheit

Mehr

Kap.3 Mikroarchitektur. Prozessoren, interne Sicht

Kap.3 Mikroarchitektur. Prozessoren, interne Sicht Kap.3 Mikroarchitektur Prozessoren, interne Sicht 3.1 Elementare Datentypen, Operationen und ihre Realisierung (siehe 2.1) 3.2 Mikroprogrammierung 3.3 Einfache Implementierung von MIPS 3.4 Pipelining Implementierung

Mehr

Mikroprozessor (CPU)

Mikroprozessor (CPU) Mikroprozessor (CPU) Der Mikroprozessor (µp) ist heutzutage das Herzstück eines jeden modernen Gerätes. Er wird in Handys, Taschenrechnern, HiFi-Geräten und in Computern, für die er eigentlich erfunden

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

Fachbereich Medienproduktion

Fachbereich Medienproduktion Fachbereich Medienproduktion Herzlich willkommen zur Vorlesung im Studienfach: Grundlagen der Informatik Themenübersicht Rechnertechnik und IT Sicherheit Grundlagen der Rechnertechnik Prozessorarchitekturen

Mehr

CPU Speicher I/O. Abbildung 11.1: Kommunikation über Busse

CPU Speicher I/O. Abbildung 11.1: Kommunikation über Busse Kapitel 11 Rechnerarchitektur 11.1 Der von-neumann-rechner Wir haben uns bisher mehr auf die logischen Bausteine konzentriert. Wir geben jetzt ein Rechnermodell an, das der physikalischen Wirklichkeit

Mehr

1 Grundlagen. 1.1 Rechnerarchitektur. Mikroprozessortechnik MFB. Einleitung, Systemaufbau

1 Grundlagen. 1.1 Rechnerarchitektur. Mikroprozessortechnik MFB. Einleitung, Systemaufbau 1 Grundlagen... 1 1.1 Rechnerarchitektur... 1 1.2 Takt... 2 1.3 Speicherarchitektur... 2 2 Mikroprozessor... 3 2.1 Begriffsbestimmung... 4 2.2 Geschichte... 4 2.3 Caches... 5 1 Grundlagen 1.1 Rechnerarchitektur

Mehr

Zusammenhang Interrupt, Befehlszyklus, indirekte Adressierung und Mikroprogramm [Stallings, Kap. 15, S ]

Zusammenhang Interrupt, Befehlszyklus, indirekte Adressierung und Mikroprogramm [Stallings, Kap. 15, S ] 2.1.2 Behandlung von Unterbrechungen (Interrupts) Zusammenhang Interrupt, Befehlszyklus, indirekte Adressierung und Mikroprogramm [Stallings, Kap. 15, S. 582-585] t 1 : MAR (PC) t 2 : MBR Memory[MAR] PC

Mehr

Mikrocomputertechnik. Thema: Einführung in die Mikrocomputertechnik

Mikrocomputertechnik. Thema: Einführung in die Mikrocomputertechnik Mikrocomputertechnik Thema: Einführung in die Mikrocomputertechnik Einsatzgebiete von Mikrocomputern Haushalt: Waschmaschine Kühlschrank Mikrowelle Staubsauger Nähmaschine Industrie: CNC Steuerungen Messgeräte

Mehr

Vorlesung "Struktur von Mikrorechnern" (SMR)

Vorlesung Struktur von Mikrorechnern (SMR) Unterscheidung nach Instruktionsstruktur Kap. 6 / 34 Unterscheidung nach Befehlstypen: Übersicht Register-Register MOV r r, r 2 A Speicher/Peripherie Register Transferbefehle LDA addr STA addr Konstante

Mehr

F Ein einfacher Modellprozessor

F Ein einfacher Modellprozessor F ein einfacher Modellprozessor F Ein einfacher Modellprozessor Einordnung in das Schichtenmodell:. Prozessor 2. Aufbau des Modellprozessors 3. Organisation eines SRAM 4. Beschreibung in RTL 5. Adresspfad

Mehr

Mikrocomputertechnik 2.Mikroprozessor

Mikrocomputertechnik 2.Mikroprozessor 2.2 Die Elemente eines Mikroprozessors 2.2.1 Struktur eines 16/32 Bit µp Um den Datenfluß bei der Befehlsbearbeitung innerhalb eines µp zu betrachten, gehen wir von einem Modell eines 16/32 Bit µ aus.

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

A ProgrAmmer s Guide to KIM Programming

A ProgrAmmer s Guide to KIM Programming A ProgrAmmer s Guide to KIM Programming by Erik Bartmann - Vers. 0.1 1 - Die Hardware Organisation des 6502 Wie schaut es im Inneren aus Wie ich es schon angedroht hatte, ist es doch notwendig, sich ein

Mehr

Mikrocomputertechnik 2.Mikroprozessor

Mikrocomputertechnik 2.Mikroprozessor 2.3 Programmiermodell des 68000 Aus Sicht des Programmierers besteht der Prozessor aus Registersatz Befehlssatz Adressierungsarten Registersatz des 68000 8 universelle Datenregister (32 Bit) D0 D7 8 Adress-Register

Mehr

Architektur der Intel 8051 Familie und Grundlegende Programmierung Reto Gurtner 2005

Architektur der Intel 8051 Familie und Grundlegende Programmierung Reto Gurtner 2005 Architektur der Intel 8051 Familie und Grundlegende Programmierung Reto Gurtner 2005 1 1. DIE GESCHICHTE DER 8051-MIKROCONTROLLERFAMILE 4 2. GRUNDLEGENDE HARDWARESTRUKTUR UND FUNKTIONSMODELL 5 2.1 HARDWARESTRUKTUR

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

Die HAM. Die Hypothetische Akku-Maschine

Die HAM. Die Hypothetische Akku-Maschine Die HAM Die Hypothetische Akku-Maschine Inhaltsverzeichnis 1 Die Ham 1.1 Überblick 1.2 Hardware Funktion der HAM 1.3 Der Assembler-Befehlssatz Addition zweier Zahlen 1.4 Der HAM-Editor Addition zweier

Mehr

Lösungsvorschläge zur Übungsklausur. zum Kurs 1708 Technische Informatik II. im WS 01/02

Lösungsvorschläge zur Übungsklausur. zum Kurs 1708 Technische Informatik II. im WS 01/02 Lösungsvorschläge zur Übungsklausur zum Kurs 1708 Technische Informatik II im WS 01/02 Aufgabe 1: (10 Punkte) Welche der folgenden Aussagen sind richtig? a) Unter dem Begriff Mikroprogramm versteht man

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

Mikroprozessortechnik Grundlagen 1

Mikroprozessortechnik Grundlagen 1 Grundlagen - Grundbegriffe, Aufbau, Rechnerarchitekturen, Bus, Speicher - Maschinencode, Zahlendarstellung, Datentypen - ATMELmega28 Progammierung in C - Vergleich C und C++ - Anatomie eines µc-programmes

Mehr

Rechnernetze und Organisation

Rechnernetze und Organisation Arithmetic Logic Unit ALU Professor Dr. Johannes Horst Wolkerstorfer Cerjak, 9.2.25 RNO VO4_alu Übersicht Motivation ALU Addition Subtraktion De Morgan Shift Multiplikation Gleitkommazahlen Professor Dr.

Mehr