Technische Informatik 2
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- Nora Lehmann
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1 Wolfram Schiffmann Technische Informatik 2 Grundlagen der Computertechnik 5., neu bearbeitete und ergänzte Auflage Mit 161 Abbildungen und 16 Tabellen 4ü Springer
2 1 Komplexe Schaltwerke Zeit verhalten von Schaltwerken Wirk- und Kippintervalle Rückkopplungsbedingungen Entwurf von Schaltwerken Kooperierende Schaltwerke Konstruktionsregeln für Operationswerke Entwurf des Steuerwerks Hardware-Algorithmen ASM-Diagramme Zustandsboxen Entscheidungsboxen Bedingte Ausgangsboxen ASM-Block Einsen-Zähler Lösung mit komplexem MOORE-Schaltwerk Lösung mit komplexem MEALY-Schaltwerk Aufbau des Operationswerkes MOORE-Steuerwerk als konventionelles Schaltwerk MOORE-Steuerwerk mit One-hot Codierung MEALY-Steuerwerk als konventionelles Schaltwerk MEALY-Steuerwerk mit One-hot Codierung Mikroprogrammierte Steuerwerke Vergleich der komplexen Schaltwerke Universelle Operationswerke Simulationsprogramm eines Operationswerks Aufbau des Operationswerks Benutzung des Programms...,., Betriebsarten und Befehle Beispielprogramme 37
3 X 2 von NEUMANN-Rechner Grundkonzept Interne und externe Busse Prozessorregister Stackpointer Unterprogramme Interrupts Rechenwerk Daten-Register Adress-Rechnungen 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 85 3 Hardware-Parallelität Direkter Speicherzugriff Ein-/Ausgabe Prozessoren HARVARD-Architektur Gleitkomma-Einheiten Gleitkomma-Darstellung Beispiel: IEEE-754 Standard Anschluss von Gleitkomma-Einheiten Klassifikation nach Flynn 101
4 3.6 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 Prozessorarchitektur Befehlsarchitektur Speicherung von Operanden Speicheradressierung Adressierungsarten Datenformate Befehlsarten Befehlsformate Logische Implementierung CISC RISC Technologische Entwicklung Prozessorleistung CISC-Prozessoren Merkmale von CISC-Prozessoren Motorola Datenformate Register Organisation der Daten im Hauptspeicher Adressierungsarten Befehlssatz Exception Processing Entwicklung zum XI
5 XII 6 RISC-Prozessoren Architekturmerkmale Erste RISC-Prozessoren RISC-Definition Befehls-Pipelining Aufbau eines RISC-Prozessors Pipelinekonflikte Struktureller Konflikt Datenflusskonflikte Laufzeitkonflikte Steuernusskonflikte Optimierende Compiler Minimierung von strukturellen Konflikten Beseitigung von NOPs bei Datenflusskonfiikten 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 Kommunikation Parallele und serielle Busse Busprotokolle Verbindungstopologien Parallelbusse Busfunktionen und Businterface Mechanischer Aufbau Elektrische Realisierung Busarbitrierung Übertragungsprotokolle Beispiel: VME-Bus Serielle Übertragung Verwürfler und Entwürfler Betriebsarten Synchrone Übertragung 215
6 XIII Asynchrone Übertragung Leitungscodes Basisbandübertragung Ethernet-LAN Token-Ring Token-Bus Kopplung von LANs Drahtlose Netzwerke (WLAN) Breitbandübertragung Übertragungssicherung Zyklische Blocksicherung (CRC) WANs Vermittlungstechnik Betrieb von WANs OSI-Modell 239 Speicher Halbleiterspeicher Speicher mit wahlfreiem Zugriff Pufferspeicher mit seriellem Zugriff Assoziativspeicher (CAM) Funktionsprinzipien magnetomotorischer Speichermedien Speicherprinzip Schreibvorgang Lesevorgang Abtasttakt Codierungsarten Festplatten Geschichte Mechanischer Aufbau von Festplatten Kenndaten von Festplatten Softsektorierung Fehlererkennung mittels CRC-Prüfung Festplatten-Adressierung Zonenaufzeichung LBA-Adressierung (Linear Block Adressing) Festplatten-Controller und Schnittstellenstandards IDE-Schnittstelle SCSI-Schnittstelle 283
7 XIV RAID (Redundant Array of Independent Discs) Partitionierung Dateisysteme Typen von Dateisystemen DOS-Dateisystem LINUX-Dateisystem CD-ROM Aufbau und Speicherprinzip Lesen Laufwerksgeschwindigkeiten Datencodierung Datenorganisation in Sessions Dateisysteme für CDs CD-R (CD Recordable) CD-RW (CD Rewritable) DVD (Digital Versatile Disc) Speicherverwaltung Segmentierung Paging Adressumsetzung Hauptspeicherzuteilung (Allocation) Hardware-Unterstützung virtueller Speicher Caches Datei-Organisation Ein /Ausgabe und Peripheriegeräte Parallele Ein-/Ausgabe Serielle Ein-/Ausgabe Asynchronbetrieb Synchronbetrieb Zeitgeber (Timer) Analoge Ein-/Ausgabe D/A-Umsetzer A/D-Umsetzer Tastatur Make- und Break-Codes Ringpuffer Tastaturfunktionen des BIOS Maus 346
8 XV Rollmaus Optische Maus Alternativen zur Maus Scanner Handscanner Einzugscanner Flachbettscanner Digitalkamera Speicherkarten Video- und Webkameras LCD-Bildschirm Passiv- und Aktivmatrix-Displays Pixelfehler Kontrastverhältnis und Blickwinkel Farbraum Farbtemperatur DVI (Digital Video Interface) TCO-Norm Drucker Tintenstrahldrucker Thermotransfer- und Thermosublimationsdrucker Laserdrucker Aktuelle Computersysteme Arten von Computern Chipsätze Aktuelle Desktop-Prozessoren Athlon 64 FX Pentium 4 EE (Extreme Edition) Speicher Ein-/Ausgabe Schnittstellen Grafikadapter Entwicklungstrends Verkleinerung der Strukturen Silicon-on-Isolator (SOI) Kupfertechnologie Dual-Core-Prozessoren Erhöhung der Speicherbandbreite Sicherheit und Zuverlässigkeit 377
9 XVI Literaturverzeichnis 379 A Kurzreferenz Programm opw 383 B Kurzreferenz Programm ralu 385 C Abkürzungen 387 Sachverzeichnis 391
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