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

Transkript

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

2 Teilnehmer Vorlesung für Bachelor- Informatik Vorlesungszeiten Montags, Uhr, Hörsaal HS13 Übungen und Übungsblätter Wöchentlich Blog Asysob ( trier.de/asysob) eventuelle Termin- und Raumverschiebungen Übungsblätter Folienkopien Klausur im Februar 2016 Organisatorisches Begleitliteratur Structured Computer Organization Andrew S. Tanenbaum, Prentice Hall, 4. Auflage, 1998 Computer Architecture - A Quantitative Approach J.L. Hennessy, D.A. Patterson, Morgan Kaufmann, 5. Auflage, 2011 Computer Organization and Design The Hardware / Software Interface J.L. Hennessy, D.A. Patterson, Morgan Kaufmann, 4. Auflage, 2011 Bebop the Boolean Boogie An Unconventional Guide to Electronics Clive Max Maxfield, Elsevier, 3. Auflage, 2009 (c) Peter Sturm, University of Trier 2

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

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

5 Maschinensprache Gegenstand der Vorlesung Struktur moderner Computer Welche Komponenten Welche Architektur Funktionsweise Funktion einzelner Komponenten Zusammenspiel Bewertungskriterien Effizienz Parallelitätsgrad Skalierbarkeit Zuverlässigkeit Kosten (c) Peter Sturm, University of Trier 5

6 Grundlagen über Elektronische Schalter (Transistor) Digitale Gatter und Bausteine Struktur moderner Computer AMD- und Intel- PC aber auch SPA RC DEC Alpha PowerPC Assemblerprogrammierung Weiterführende Vorlesungen Compilerbau Betriebssysteme Ziele Praxis Einfache Aufbauten auf sogenannten Proto- Boards (Steckplatine) Nur wenige Exemplare in der Uni vorhanden Freiwillige Übung auch privat erschwinglich Ideale Weihnachts- geschenk J Elektronischer Würfel (c) Peter Sturm, University of Trier 6

7 Arduino & Co. Programmierbare Hardware (c) Peter Sturm, University of Trier 7

8 Zugang Sehr komplexes Themengebiet Multidisziplinär Elektroniker Physiker Chemiker Machinenbauer Informatiker Jeder hat seinen eigenen Zugang Für uns wichtig Architektureller Zugang: Struktur Logisch/sprachlicher Zugang: Verhalten (c) Peter Sturm, University of Trier 8

9 Architekturebenen Geräte System Komponenten Bausteine Logikgatter Schaltung Architektursicht: Geräteebene Komponenten To wer 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 9

10 Connection Machine 1 (c) Peter Sturm, University of Trier 10

11 Architektursicht: Systemebene Komponenten Prozessor Cache Speicher E/A- Controller Interfacekarten Prozessor Cache Verbindung Prozessorbus Speicherbus RAM ROM E/A- Controller Gerätebus PCI, SCSI, VME, (AGP),... serielle u. parallele Leitungen RS232, V.24,... Gerät Interface USB, ISDN,... Computernetz Gerät Interface Ethernet, FDDI, ATM,... Architektursicht: Bausteinebene Dekoder Dekoder Dekoder Bit Zähler 4 Bit Zähler 4 Bit Zähler Komponenten Register, Latches,... Decoder, Encoder,... Multiplexer, Demultiplexer,... arithmetische Bausteine Addierer Subtrahierer Multiplizierer Dividierer... Verbindung Leitungen Bus (mehrere Leitungen) diskrete Logik Clock (c) Peter Sturm, University of Trier 11

12 Architektursicht: Gatterebene Komponenten AND- Gatter OR- Gatter NOT- Gatter... 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 12

13 Transistoren, Kondensatoren, Resistoren, Kondensatoren Widerstände Transistoren Prozessor = Viele Transistoren Ein Intel Pentium 4 aus 125 Millionen Transistoren (c) Peter Sturm, University of Trier 13

14 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 CPUs GPUs (c) Peter Sturm, University of Trier 14

15 FPGAs Speicherbausteine (DRAM) 2. EXKURS DUALZAHLEN (c) Peter Sturm, University of Trier 15

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