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13 Digitale Informationsverarbeitung
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14 Digitale Informationsverarbeitung
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15 Digitale Informationsverarbeitung
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16 Daten Programm Digitale Informationsverarbeitung
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17 Busstruktur q Ein potentioneller Engpaß - Kommunikation zwischen
Datenbus Kontrollbus Rechen- werk Steuer- einheit Speicher E/A- Einheit Adreßbus q Ein potentioneller Engpaß - Kommunikation zwischen CPU und Arbeitsspeicher: CPU Arbeits- speicher Adressen Daten Operationsbefehle Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

18 Aufbau des Rechenwerks
. Register Kontroll- und Steuerschaltungen Akkumulator Addierwerk und Komple-mentierer ALU Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

19 Arithmetisch-Logische Einheit
X-Register Y-Register Mode ALU Function-select Z-Register Flag-Register 4-Bit-ALU Y3 X3 Y2 X2 Y1 X1 Y0 X0 C0 M 1-Bit ALU 1-Bit ALU 1-Bit ALU 1-Bit ALU S1 Overflow C4 C3 C2 C1 S0 Z3 Z2 Z1 Z0 Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

20 Rechnerkern: ALU + Register + Busse
Taktgeber P1: Phase 1 P2: Phase 2 P3: Phase 3 Rechnerkern: ALU + Register + Busse Z-Bus Mehrzweck-register X-Bus Y-Bus 1 3 R0 1 1 3 R1 1 . . . 1 3 R7 1 X-Register Y-Register ALU Z-Register Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

21 Vom Mikroprogramm zum Assemblercode
Der Mikrocode: Beschreibt Ablauf der Operationen im Rechnerkern (Stellung der Schalter, Steuerleitungen). Dieser wird von der Mikroprogrammeinheit des Steuerwerkes generiert. Das Mikroprogramm zur Ausführung der Befehle im ROM des Steuerwerkes gespeichert. Maschinencode: Nächsthöhere Ebene der Programmierung. Befehle und Adressen können direkt angesprochen werden. Jeder Befehl durch eine Zahl, seinen OpCode, repräsentiert. Assemblercode: Besser lesbare Form der Maschinensprache. Befehle durch Worte benannt. Befehle des Assemblercodes in aufeinanderfolgenden Zellen des RAM gespeichert. Änderung in der Reihenfolge der Abarbeitung durch Sprungbefehle. Einige Register der CPU erfüllen spezielle Funktionen (Akkumulator, Befehlszähler) und sind direkt ansprechbar. Demonstration am „Ein-Adreß-Rechner“. Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

22 Speicher I Daten und Programme im Speicher des Computers bereitgehalten. Programmbefehle im Hauptspeicher in aufeinanderfolgenden Speicherzellen abgelegt. Jedes Datum ist ein Speicherwort der Länge n Bits. Jedes Wort belegt eine durch eine Adresse ansprechbare Speicherstelle im Speicher. Aufbau eines Speicherwortes für einen Befehl: Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

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24 Der Zugang zum Hauptspeicher
Datenregister Adreß-register Speicher MODE Blockschaltbild für den Speicher Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

25 Speicher MDR Mode DECODER 01 MAR Read W Write S W S W S W S W
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26 Digitale Informationsverarbeitung
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27 Entwicklung für Speicher und Prozessoren
dyn. Speicher Mikroprozessoren Jahr Größe Mrd.Bits Größe Mio.Tr. Taktfr. Verdr.eb. I/O [mm2] per Chip [mm2] per cm2 [MHz] p.Chip Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

28 Digitale Informationsverarbeitung
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29 25 Jahre Mikroprozessoren
 Chipgröße und Transistorzahl 12 mm2 --> 350 mm * % pro Jahr > 15 Millionen * % pro Jahr  Taktfrequenz 750 kHz --> 500MHz * % pro Jahr  Taktzyklen pro Instruktion 8 --> / % pro Jahr  MIPS 0,1 --> % pro Jahr Treibende Kraft der Mikroelektronik  Kosten senken bei gleichzeitiger Erhöhung der Rechenleistung und Zuverlässigkeit  Im einzelnen:  höhere Schaltkreisdichten  höhere Modulpackungsdichten  mehr Verbindungen zwischen Chips  weniger Chips, weniger Module, weniger Kabelverbindungen/Stecker  weniger Kosten für Kühlung und Stromversorgung Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

30 Preisverfall durch Technologieentwicklung
Kosten reduzieren sich im Mittel um 43% pro Jahr $ Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

31 Digitale Informationsverarbeitung
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32 Bekannte Betriebssysteme
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33 Grundsoftware. ROM-BIOS.
Jeder Rechner benötigt eine Grundausstattung an Software. Diese wird teilweise in Festwertspeichern (ROM) gehalten und beim Start oder Reset des Rechners aktiviert. Aufgaben: Testen und Initialisieren der Hardware. Elementare Ein- und Ausgabeoperationen. Laden ausführbarer Programme und deren Start. Starten des Betriebssystems. Diese Software heißt ROM-BIOS. (read only memory - basic input output system) (bei IBM-kompatiblen PCs) Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

34 Betriebsmittel unterteilt in
Betriebsmittel (engl. ressources) sind alle Hard- und Softwarekomponenten, die zur Ausführung eines Programmes gebraucht werden. Dazu zählen also Hardwarekomponenten wie Prozessor, Speicher und E/A Geräte. Softwareobjekte wie Programmvariable, Befehle, Daten und Dateien. Betriebsmittel unterteilt in Reale BM: Die wirklich vorhandenen Hard- und Softwareobjekte. Virtuelle BM: Vom Betriebssystem simulierte BM mit scheinbar den gleichen Eigenschaften wie die realen BM. Anzahl unbegrenzt. Beispiel virtueller Bildschirm. Logische BM: Abstraktion von den technischen oder physikalischen Eigenschaften der realen BM. Beispiel Datei, von der nur der logische Aufbau wie Zugriffsart, Satzformat und Blockgröße interessiert, nicht aber ihre physikalische Speicherung z.B. auf der Festplatte. Digitale Informationsverarbeitung Institut für Informatik

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