VeranstaltungThemaVortragende 1 AINF Lehrgang Netzwerktechnik, Hard- und Software Gerhard Jüngling,...
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VeranstaltungVeranstaltung
ThemaThema
VortragendeVortragende
AINF Lehrgang
Netzwerktechnik, Hard- und Software
Gerhard Jüngling, Heinz Janku
Rechnerarchitekturen
2
Rechner-architektur
Gerhard JünglingQuelle: http://www.informatik.tu-cottbus.de/~wwwteci/student/vl/info5/InfV2-K7.pdf
Aufbau von Mikrocomputersystemen
• Mikroprozessor, CPU• Bussystem(e)• Speicher• Ein-/Ausgabe
3
Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Mikroprozessoren, Integrierte Schaltungen
http://www.rulabinsky.com/cavd/text/chap01-1.html
http://www.engr.subr.edu/legacy/ee/Pentium-4-Chip.png
4
Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
von Neumann Architektur
• gemeinsamer Speicher für Programm und Daten• Steuerwerk• Rechenwerk• Eingabe- und Ausgabe
http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/applets/baukasten/DA/VNR_Einleitung.html
5
Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Steuerwerk
• steuert die die Arbeitsabläufe im Rechner • Auswahl der Operation der ALU (Addition, Subtraktion etc.)• Buszugriffe der CPU-Komponenten• Speicherzugriffe
(lesen/schreiben)
http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/applets/baukasten/DA/Komponenten_Steuerwerk.html
6
Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Rechenwerk (ALU)
• Arithmetic Logic Unit • Akku als Zwischenspeicher und Operand• Status-“Flags“
http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/applets/baukasten/DA/Komponenten_.....html
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Aufbau einer ALU
• Transistor• Logische Verknüpfung• Halb-/Volladdierer• 1-Bit ALU• 8-Bit ALU
CMOS Inverter mit 2 Transistoren (P,N), Quelle: Fairchild
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Logikschaltung (4011 NAND)
Quelle: ST Microelectronics
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Voll-Addierer
http://www.apl.jhu.edu/Notes/Malcom/605411/lecture3.pdf
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
1-Bit-ALU
http://www.apl.jhu.edu/Notes/Malcom/605411/lecture3.pdf
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Aufbau einer einfachen 8 Bit ALU
http://www.cellmatrix.com/entryway/products/applications/8bitALU.html
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Z80
Ein „Klassiker“
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Intel 80C186
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Aufbau eines Systems mit 80C186
Quelle: www.intel.com
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Ablauf von Befehlen
Ablauf in mehreren in Phasen (z.B. 6 Phasen)• Instruction Fetch• Instruction Decode• Register Fetch• Execute• Memory Access• Writeback
IDIF EXRF MEM WB IDIF EXRF
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Pipelining
Mehrere Instruktionen werden überlappend ausgeführt
IDIF EXRF MEM WB
IDIF EXRF MEM WB
IDIF EXRF MEM WB
IDIF EXRF MEM WB
IDIF EXRF MEM WB
IDIF EXRF MEM WB
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
Befehlssatz
• Klassifikation von Befehlen– Transferbefehle (Laden und Speichern)– ALU-Befehle (u. ev. Gleitkommabefehle)– Kontrollbefehle– sonstige
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Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
CISC - RISC
19
Rechner-architektur
Gerhard Jüngling
PentiumBlockschaltbild
Quelle: www.intel.com