Technische Informatik 2
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- Volker Böhm
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1 W. Schiffmann R. Schmitz Technische Informatik 2 Grundlagen der Computertechnik 3., überarbeitete Auflage mit 146 Abbildungen Ä} Springer
2 Inhaltsverzeichnis 1. Komplexe Schaltwerke Aufbau eines Schaltwerks Zeitverhalten von Schaltwerken Dynamische Flipflop-Kenngrößen Rückkopplungsbedingungen Entwurf von Schaltwerken Kooperierende Schaltwerke Konstruktionsregeln für Operationswerke Entwurf eines Steuerwerks Beispiel: Y = ax + b Operationswerk I Operationswerk II Operationswerk III Simulationsprogramm eines Operationswerks Aufbau des Operationswerks Benutzung des Programms Betriebsarten und Befehle Beispielprogramme von NEUMANN-Rechner Grundkonzept Interne und externe Busse Prozessorregister Stackpointer Unterprogramme Interrupts Rechenwerk Daten-Register _ Adreß-Rechnungen 45
3 x Inhaltsverzeichnis Datenpfade Schiebemultiplexer Dual-Addition Logische Operationen Status-Flags Leitwerk Mikroprogrammierung Grundstruktur eines Mikroprogramm-Steuerwerks Mikrobefehlsformat Adreßerzeugung Mikroprogrammierung einer RALU Aufbau der RALU Benutzung des Programms Setzen von Registern Steuerwort der RALU Takten und Anzeigen der RALU Statusregister und Sprungbefehle Kommentare und Verkettung von Befehlen Beispielprogramme Hardware Parallelität Direkter Speicherzugriff Ein-/Ausgabe Prozessoren HARVARD-Architektur Gleitkomma-Einheiten Gleitkomma-Darstellung Beispiel: IEEE-754 Standard Anschluß von Gleitkomma-Einheiten Klassifikation nach Flynn Pipeline-Prozessoren Aufbau einer Pipeline Time-Space Diagramme Bewertungsmaße Pipeline-Arten Beispiel: Gleitkomma-Addierer Array-Prozessoren (Feldrechner) Verbindungs-Netzwerk Shuffle-Exchange Netz Omega-Netzwerk Beispiel: Matrix-Multiplikation 97
4 Inhaltsverzeichnis xi Prozessorarchitektur Befehlsarchitektur Speicherung von Operanden Speicheradressierung Adressierungsarten Datenformate Befehlsarten Befehlsformate Logische Implementierung CISC RISC Technologische Entwicklung Prozessorleistung 116 CISC Prozessoren Merkmale von CISC-Prozessoren Motorola Datenformate Register Organisation der Daten im Hauptspeicher Adressierungsarten Befehlssatz Exception Processing Entwicklung zum RISC Prozessoren Architekturmerkmale Erste RISC-Prozessoren RISC-Definition Befehls-Pipelining Aufbau eines RISC-Prozessors Pipelinekonflikte Struktureller Konflikt Datenflußkonflikte Laufzeitkonflikte Steuerflußkonflikte Optimierende Compiler Minimierung von strukturellen Konflikten Beseitigung von NOPs bei Datenflußkonflikten 148
5 xii Inhaltsverzeichnis Beseitigung von NOPs bei statischen Laufzeitkonflikten Beseitigung von NOPs bei Steuerflußkonflikten Superpipelining Superskalare RISC-Prozessoren Single Instruction Issue Multiple Instruction Issue Hardware zur Minimierung von Steuerflußkonflikten PowerPC VLIW-Prozessoren Leistungsbewertung MIPS- und MFLOPS-Angaben Benchmarks Reale Anwendungen LINPACK-Benchmark Whetstone-Benchmark Dhrystone-Benchmark Kurzprogramme SPEC-Benchmarks Kommunikation Parallele und serielle Busse Busprotokolle Verbindungstopologien Parallelbusse Busfunktionen und Businterface Mechanischer Aufbau Elektrische Realisierung Busarbitrierung Übertragungsprotokolle Beispiele für standardisierte Parallelbusse Serielle Übertragung Verwürfler und Entwürfler Betriebsarten Synchrone Übertragung Asynchrone Übertragung Leitungscodes Basisbandübertragung Ethernet-LAN 208
6 Inhaltsverzeichnis xiii Token-Ring Token-Bus Kopplung von LANs Breitbandübertragung Übertragungssicherung Zyklische Blocksicherung (CRC) WANs Vermittlungstechnik Betrieb von WANs OSI-Modell Speicher Halbleiterspeicher Speicher mit wahlfreiem Zugriff Pufferspeicher mit seriellem Zugriff Assoziativspeicher (CAM) Magnetomotorische Speicher Speicherprinzip Schreiben Lesen Speichermedien Aufzeichnungsverfahren Peak-Shift-Effekt Formatierung Festplatten-Controller Speicherverwaltung Segmentierung Paging Adreßumsetzung Hauptspeicherzuteilung (Allocation) Hardware-Unterstützung virtueller Speicher Caches Datei-Organisation 276
7 xiv Inhaltsverzeichnis 10. Ein /Ausgabe und Peripheriegeräte Parallele Ein-/Ausgabe Serielle Ein-/Ausgabe Asynchronbetrieb Synchronbetrieb Zeitgeber (Timer) Analoge Ein-/Ausgabe D/A-Umsetzer A/D-Umsetzer Funktionsprinzipien ausgewählter Peripheriegeräte Mäuse Video-Monitore Drucker 300 Literaturverzeichnis 305 A. Kurzreferenz Programm opw 309 B. Kurzreferenz Programm ralu 311 C. Kurzbeschreibungen klassischer RISC Prozessoren 313 C.l IBM C.2 Berkeley RISC II 313 C.3 Stanford MIPS 314 C.4 INMOS Transputer T414/T C.5 AMD C.6 SUN- 4/200 SPARC 315 C.7 Intel C.8 Motorola D. Abkürzungen 317 Sachverzeichnis 321
x Inhaltsverzeichnis 2. von NEUMANN-Rechner Grundkonzept Interne und externe Busse Prozessorregister Stackpointer
Inhaltsverzeichnis 1. Komplexe Schaltwerke 1 1.1 Zeitverhalten von Schaltwerken 2 1.1.1 Wirk- und Kippintervalle 3 1.1.2 Rückkopplungsbedingungen 6 1.2 Entwurf von Schaltwerken 9 1.3 Kooperierende Schaltwerke
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Inhaltsverzeichnis VII
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Prüfungsprotokoll Technische Informatik 1707/1708
Prüfungsprotokoll Technische Informatik 1707/1708 Prüfer: PD Dr.-Ing. K.Gotthardt Beisitzer: Dr. Weiss??? Datum: 21.11.2007 Dauer: ca. 25 Min. Note: 1,0 Was sind Minterme? Konjunktionsterme maximaler Länge,