Inhaltsverzeichnis. Inhaltsverzeichnis 3

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Anke Färber
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1 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 3 1 Einführung Die Ursprünge der Computertechnik Der erste Mikroprozessor Schaltungstechniken Transistor-to-Transistor-Logik Complementary Metal Oxide Semiconductor Rechnergenerationen Rechnerarchitekturen von-neumann-architektur Harvard-Architektur Der Taktzyklus Instruktionssets ComplexInstruction Set Reduced Instruction Set Grundstruktur eines Rechners Das Moore sche Gesetz Rechnerarchitektur -Definition Herkunft Computer Präfixe Bits, Bytes und Nibbles Zahlen und Codes Zahlensysteme Dualsystem Oktalsystem Hexadezimalsystem Zahlensystemnotation... 30

2 4 Inhaltsverzeichnis 2.2 Zahlen und Code Konvertieren zwischen Zahlensystemen Ganze Zahlen Elementar-Arithmetik mit Binärzahlen Binäre Division Fixkommazahlen Gleitkommazahlen IEEE Beispielhaftes Gleitkommaformat Tetraden-Codes BCD Code Gray-Code Der erweiterte Gray-Code Motivation Gray-Code erzeugen Fehlererkennende Codes Code Fehlererkennungs-Charakteristik Byte-Reihenfolge Unterschiede der Systeme Schaltnetze &Schaltwerke Elementare Logikgatter Schaltnetz oder Schaltwerk Takt Multiplexer Paritätsgenerator Komparator Halbaddierer Volladdierer Carry-Ripple-Addierer Carry-Look-Ahead-Addierer Subtrahierer Inkrementierer Multiplizierer Matrixmultiplizierer Multiplikation vorzeichenbehafteter Zahlen Dividierer Division mit Wiederherstellung des Rests Division mit Bildung eines neuen Rests Aufwand der beiden Divisionsarten... 83

3 Inhaltsverzeichnis AlternativeDivisionsarten Division vorzeichenbehafteter Zahlen Verschiebearten Barrel-Shifter Abhängigkeitsnotation Taktphasengesteuerte Speicherelemente Asynchrones RS-Latch Synchrones RS-Latch Bevorrechtigte Eingänge D-Latch Taktflankengesteuerte Speicherelemente Synchrones RS-Flipflop D-Flipflop T-Flipflop JK-Flipflop Arithmetisch Logische Einheit Register Auffangregister Schieberegister Akkumulator Aufbau einer simplen CPU Typische Bestandteile einer CPU Instruktionsformat Befehlszyklus Befehlssatz Instruktionsdekoder Steuerwerk Datenregister und Instruktionsregister Statusregister Instruktionszähler Auslegung der Komponenten Busse Speichersysteme Adress-Multiplexing Read-only Memory Masken ROM Programmierbares ROM Erasable Programmable ROM Electrically Erasable Programmable ROM

4 6 Inhaltsverzeichnis 5.3 Random Access Memory Statisches RAM Dynamic Random Access Memory Kennzeichnung Bandbreite vs. Burst-Länge Verschachtelter Speicher Zugriffsmodi Datensicherung Hamming-Code 7, Speichermedien Magnetische Festplatte Physikalischer Aufbau Rotationen Pro Minute Scheduling Solid State Disk Ausführungen Wear Leveling Garbage Collection Write Amplification Speicherzelltypen Compact Disc Read-Only Memory Aufbau Eigth-to-Fourteen-Modulation Formate Schnittstellen Leitungscodes Eigenschaften vonleitungscodes Non-Return-to-Zero-Codierung Non-Return-to-Zero-Inverted-Codierung Return-to-Zero-Codierung Manchester Code Computer-Busse Zentrale Bus Arbitrierung Daisy-Chain Bus Arbitrierung RS Signale und ihre Funktion Universal Serial Bus Universal Serial Bus Adressierung...166

5 Inhaltsverzeichnis 7 8 Die Assembler-Ebene Der Wegzueinem Programm Das Binärprogrammierproblem Hexadezimaldarstellung Mnemonics Struktur eines Assembler-Befehls Hochsprachen Adressmaschinenarten Adressmaschine Adressmaschine Adressmaschine Adressmaschine Sprünge Unterprogramme Der Stack Advanced RISC Machines ARM Thumb Procedure Call Adressierungsarten Unmittelbare Adressierung Absolute Adressierung Register Adressierung Multiplikation mit dem Booth-Algorithmus Hintergrund Der Algorithmus Rechnerklassifikation Pipelining Konflikte Verarbeitungspause Speicherorganisation Speicherhierarchie Speicherverwaltung Virtueller Speicher Überlagerungen Swapping Effektivität vonvirtuellemspeicher Seitentabelle Seitenersetzung Segmentierung Schutzmechanismen durch virtuellen Speicher...208

6 8 Inhaltsverzeichnis 9.11 Speicherverwaltungseinheit Interrupts, Polling und Traps Unterbrechungen Polling Interrupts Ausnahmen Interruptvektortabelle Interrupt-Prioritäten Interrupt-Ablauf Programmierbarer Interrupt Controller Interruptarten Traps Software-Interrupts Leistung und Geschwindigkeit Leistungsbewertung Taktfrequenz Million Instructions per Second Floating Point Operations per Second Cycles per Instruction Leistungsaufnahme Latenzzeit Amdahlsches Gesetz Abkürzungsverzeichnis 227 Literaturverzeichnis 229 Namensverzeichnis 235 Index 237

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