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Aufbau und Funktionsweise von Prozessoren. Prozessor Eingabewerk Daten Ausgabewerk Daten Dem Prozessor werden Daten zugeführt, intern verarbeitet und.

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Präsentation zum Thema: "Aufbau und Funktionsweise von Prozessoren. Prozessor Eingabewerk Daten Ausgabewerk Daten Dem Prozessor werden Daten zugeführt, intern verarbeitet und."—  Präsentation transkript:

1 Aufbau und Funktionsweise von Prozessoren

2 Prozessor Eingabewerk Daten Ausgabewerk Daten Dem Prozessor werden Daten zugeführt, intern verarbeitet und anschließend die Ergebnisse wieder ausgegeben. Schematischer Aufbau eines Computers

3 Leitwerk Rechenwerk Prozessor Der Prozessor (=CPU) besteht im Kern aus zwei Einheiten: dem Leitwerk (auch Steuerwerk genannt) und dem Rechenwerk. Eingabewerk Daten Ausgabewerk Daten Schematischer Aufbau eines Computers

4 Leitwerk Rechenwerk Prozessor Das Leitwerk und das Rechenwerk tauschen prozessorinterne Steuersignale aus. Eingabewerk Daten Ausgabewerk Daten Schematischer Aufbau eines Computers

5 Leitwerk Rechenwerk Prozessor Eingabewerk Ausgabewerk Daten Arbeitsspeicher n-3 n-2 n Adressen Daten, Befehle Die dafür benötigten Daten und Befehle werden aus dem Arbeitsspeicher geholt. Dorthin werden die Daten auch zurück geschrieben. Schematischer Aufbau eines Computers

6 Der Prozessor kann noch detaillierter betrachtet werden. LeitwerkRechenwerk Prozessor Schematischer Aufbau eines Computers

7 LeitwerkRechenwerk Prozessor Der Befehlszähler kennt die Adresse der Speicherstelle mit der nächsten abzuarbeitenden Anweisung. Befehls- zähler Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

8 LeitwerkRechenwerk Prozessor Das Steuerwerk ruft diesen Befehl im Arbeitsspeicher ab. Befehls- zähler Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

9 LeitwerkRechenwerk Prozessor Die Anweisung wird vom Arbeitsspeicher in das Befehlsregister des Leitwerkes geladen. Befehls- zähler Befehls- register Befehle vom Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

10 LeitwerkRechenwerk Prozessor Eine Dekodiereinheit entschlüsselt die Anweisung für das Leitwerk. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Befehle vom Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

11 LeitwerkRechenwerk Prozessor Nun weiß das Leitwerk welche Werte es aus welchem Speicher abrufen soll. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Befehle vom Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

12 LeitwerkRechenwerk Prozessor Das Leitwerk veranlasst die Verschiebung der Wert aus dem Arbeitsspeicher in einen internen Speicher des Rechenwerkes. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Operationen- steuerung Befehle vom Arbeitsspeicher Akkumulator Register für Operanden und Ergebnisse Werte vom Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

13 LeitwerkRechenwerk Prozessor Das Rechenwerk führt die Anweisung in der ALU (=Arithmetic and Logical Unit) durch und sichert die Ergebnisse wieder. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Operationen- steuerung Befehle vom Arbeitsspeicher Akkumulator Register für Operanden und Ergebnisse A L U Werte vom oder zum Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Werte vom Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

14 LeitwerkRechenwerk Prozessor Nach vollzogener Anweisung erhöht die Operationensteuerung den Befehlszähler auf die Adresse der nächsten Anweisung. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Operationen- steuerung Befehle vom Arbeitsspeicher Akkumulator Register für Operanden und Ergebnisse A L U Werte vom oder zum Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

15 LeitwerkRechenwerk Prozessor Ein internes Statusregister hält in einzelnen Bits (so genannten Flags) wichtige Zusatzinformationen zu Operationen fest. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Operationen- steuerung Status- register Befehle vom Arbeitsspeicher Akkumulator Register für Operanden und Ergebnisse A L U Daten vom oder zum Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

16 LeitwerkRechenwerk Prozessor Um diesen Ablauf zu koordinieren beinhaltet das Leitwerk einen Taktgeber, nach dem sich alle anderen Einheiten richten müssen. Befehls- register Befehls- zähler Befehls- decodierer Operationen- steuerung Takt- geber Status- register Befehle vom Arbeitsspeicher Akkumulator Register für Operanden und Ergebnisse A L U Daten vom oder zum Arbeitsspeicher Befehlsadressen an den Arbeitsspeicher Zusammenspiel von Leit- und Rechenwerk

17 1.Befehl aus Speicher holen 2.Dekodieren des Befehls 3.Adressberechnungen 4.Operanden aus Speicher holen 5.Operationsdurchführung 6.Speicherung der Ergebnisse 7.Bestimmung der Adresse des nächsten Befehls Folgende Schritte erfolgen bei der Abarbeitung eines Befehles: Arbeitsweise der CPU (Zusammenfassung)

18 Folgende Anweisung soll abgearbeitet werden: Addiere zur Zahl, die in der Speicherzelle 4000 steht und 2 Byte lang ist, diejenige Zahl der Speicherzelle 4002, die auch 2 Byte lang ist. Speichere dann das Ergebnis in den Speicherzellen 4000 und 4001 ab ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk 2048 BZ Rechenwerk Datenverarbeitung in der CPU

19 Im Befehlszähler BZ steht die Adresse Dies ist die Speicherzelle, welche den nächsten Programmschritt enthält ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk 2048 BZ Rechenwerk Datenverarbeitung in der CPU

20 ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk ADD BZ Rechenwerk Das Leitwerk erkennt dass dieser Befehl sechs Byte lang ist und ruft ihn ab. Datenverarbeitung in der CPU

21 ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk ADD BZ Rechenwerk Eine umfangreiche Dekoderschaltung für den Befehl ADD entschlüsselt diesen für das Leitwerk, welches dann die erste Zahl aus den Speicherstellen 4000 und 4001 und die zweite Zahl aus den Speicherstellen 4002 und 4003 ausliest und in das Rechenwerk verschiebt Datenverarbeitung in der CPU

22 ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk ADD BZ Rechenwerk Das Rechenwerk führt die Addition mit Hilfe von Volladdierern durch =+ Datenverarbeitung in der CPU

23 ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk ADD BZ Rechenwerk Das Leitwerk veranlasst, dass das Ergebnis der Addition in den Speicherzellen 4000 und 4001 abgelegt wird =+ Datenverarbeitung in der CPU

24 ADD Programm Daten Arbeitsspeicher Leitwerk ADD BZ Rechenwerk Der Befehl aus Zelle 2048 ist damit ausgeführt, der Befehlszähler wird um 6 (da der ausgeführte Befehl sechs Byte lang war) erhöht. Die nächste Anweisung aus Speicherstelle 2054 wird – sofern vorhanden – eingelesen und abgearbeitet = Datenverarbeitung in der CPU

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