Rechnerstrukturen Winter EINFÜHRUNG. (c) Peter Sturm, University of Trier 1

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1 1. EINFÜHRUNG (c) Peter Sturm, University of Trier 1

2 Teilnehmer Vorlesung für Bachelor- InformaFk Vorlesungszeiten MiIwochs, Uhr, Hörsaal H7 ÜbungsbläIer wird in der Vorlesung besprochen Übungen TBD Blog Asysob (hip://tamdhu.uni- trier.de/asysob) eventuelle Termin- und Raumverschiebungen ÜbungsbläIer Folienkopien Klausur 27. Februar 2013 Organisatorisches Begleitliteratur Structured Computer OrganizaFon Andrew S. Tanenbaum PrenFce Hall, 4. Auflage, 1998 Computer Architecture - A QuanFtaFve Approach J.L. Hennessy, D.A. PaIerson Morgan Kaufmann, 4. Auflage, 2007 Computer OrganizaFon and Design The Hardware / Sodware Interface J.L. Hennessy, D.A. PaIerson Morgan Kaufmann, 4. Auflage, 2008 gibt es auch in deutsch (RechnerorganisaFon und entwurf) (c) Peter Sturm, University of Trier 2

3 Computersprachen Webseite JavaScript Engine Browser Betriebssystem HTML DeskripFv JavaScript Dynamische Seiteninhalte InterpreFert C/C++ Anwendungen Betriebssystem Maschinensprache Sprache des Prozessors Hardware HTML/JavaScript (c) Peter Sturm, University of Trier 3

4 C/C++ Maschinensprache (c) Peter Sturm, University of Trier 4

5 Struktur moderner Computer Welche Komponenten Welche Architektur FunkFonsweise FunkFon einzelner Komponenten Zusammenspiel Bewertungskriterien Effizienz Parallelitätsgrad Skalierbarkeit Zuverlässigkeit Kosten Gegenstand der Vorlesung Grundlagen über Elektronische Schalter (Transistor) Digitale GaIer und Bausteine Struktur moderner Computer AMD- und Intel- PC aber auch SPARC, DEC Alpha, PowerPC Assemblerprogrammierung Weiterführende Vorlesungen Compilerbau Betriebssysteme Ziele (c) Peter Sturm, University of Trier 5

6 Praxis Einfache Aumauten auf sogenannten Proto- Boards (SteckplaFne) Nur wenige Exemplare in der Uni vorhanden Freiwillige Übung auch privat erschwinglich Ideale Weihnachts- geschenk J Elektronischer Würfel Zugang Sehr komplexes Themengebiet MulFdisziplinär Elektroniker Physiker Chemiker Machinenbauer InformaFker Jeder hat seinen eigenen Zugang Für uns wichfg Architektureller Zugang: Struktur Logisch/sprachlicher Zugang: Verhalten (c) Peter Sturm, University of Trier 6

7 Architekturebenen Geräte System Komponenten Bausteine LogikgaIer Schaltung Architektursicht: Geräteebene Komponenten Tower Monitor Tastatur Maus Drucker Lautsprecher, Mikrophon... Verbindung Tastatur, Maus, Monitor Floppy, CD, Band,... Netzanschluß serielle u. parallele Anschlüsse SCSI Line in, Mic, Line out,... Video, S- Video, Cray Supercomputer (c) Peter Sturm, University of Trier 7

8 ConnecFon Machine 1 (c) Peter Sturm, University of Trier 8

9 Architektursicht: Systemebene Komponenten Prozessor Cache Speicher E/A- Controller Interfacekarten Prozessor Cache Verbindung Prozessorbus Speicherbus Gerätebus PCI, SCSI, VME, (AGP),... serielle u. parallele Leitungen RS232, V.24,... USB, ISDN,... Computernetz Ethernet, FDDI, ATM,... RAM ROM Gerät Gerät E/A- Controller Interface Interface Architektursicht: Bausteinebene Dekoder Dekoder Dekoder Bit Zähler 4 Bit Zähler 4 Bit Zähler Komponenten Register, Latches,... Decoder, Encoder,... MulFplexer, DemulFplexer,... arithmefsche Bausteine Addierer Subtrahierer MulFplizierer Dividierer... Verbindung Leitungen Bus (mehrere Leitungen) diskrete Logik Clock (c) Peter Sturm, University of Trier 9

10 Architektursicht: GaIerebene Komponenten AND- GaIer OR- GaIer NOT- GaIer... A0 Verbindung Leitungen ev. elektronische Bausteine A1 E3 E2 E1 E0 Architektursicht: Schaltkreisebene Komponenten Transistor Kondensator Widerstand Spule... T 17 Verbindung Leitungen R 22 (c) Peter Sturm, University of Trier 10

11 Transistoren, Kondensatoren, Resistoren, Kondensatoren Widerstände Transistoren Prozessor = Viele Transistoren Ein Intel Pentium 4 aus 125 Millionen Transistoren (c) Peter Sturm, University of Trier 11

12 In Realität ungefähr Daumennagelgroß Jeder Transistor so groß wie ein Haus 10x10 Meter Haus und 5 Meter Straße, Weg, Grün drum herum Vergrößerung Garten, Straße, Weg 10x10 Haus 223 Kilometer 2. EXKURS DUALZAHLEN (c) Peter Sturm, University of Trier 12

13 Exkurs: Binäre Zahlensysteme Hier nur ganze Zahlen oder Festkommazahlen Zahlen zur Basis = = = Feste Anzahl Stellen 8, 16, 32, 64 Bit gängig Führende Nullen Darstellung negafver Zahlen? (c) Peter Sturm, University of Trier 13