Rechnerorganisation: Die Prinzipien

ISBN-13: 9783540000273 / Niemiecki / Miękka / 2003 / 494 str.

Hans Liebig;M. Menge

Opis

Das Buch stellt die Prinzipien der Rechnerstrukturen klar und umfassend dar, so dass Technische Informatiker in die Lage versetzt werden, die zukunftige Computerentwicklung mitzugestalten. Es bildet somit das wissenschaftlich-logische Fundament der Konstruktion moderner Mikroprozessoren und ihrer Integration in komplexe Systemstrukturen."

Recenzje

 

"Im Zeitalter von Systems-on-Chip, in Software realisierten Hardwarfunktionen und, umgekehrt, festverdrahteten Algorithmen, ist die Trennung zwischen Soft- und Hardware eine eher künstliche. Es gilt also, Rechnersysteme als eine Einheit von Hard- und Software zu begreifen. Von diesem Ansatz aus entwickelt Hans Liebig seine Theorie der Rechnerorganisation, welche als Ziel ein umfassendes Verständnis des Rechnerentwurfs hat. Dieser 'ganzeinheitliche' Entwurf zieht sich durch, von Tuningmaschinen bis hin zu Multiprozessorsystemen. Der Autor baut auf elementaren Rechnerkonzepten auf und vollzieht auf dieser Basis die gesamte Entwicklung nach. Sehr interessant ist die 'HW/SW'-Methode bei stark hardwarelastigen Themen wie der Speicherorganisation, hier zeigt das Buch elegante Lösungen." (Design & Elektronik, Issue 10, 2003)

Spis treści

1 Grundlagen klassischer Rechnerorganisation.- 1.1 Information, Algorithmen, Automaten.- 1.1.1 Materie- und Informationsprozesse.- 1.1.2 Codierung von Information und Algorithmen.- 1.1.3 Programmsteuerung und Datenverarbeitung.- 1.1.4 Automaten.- 1.2 Elementare Maschinen.- 1.2.1 Die Turing-Maschine.- 1.2.2 Die In-/Dekrementier-Maschine (Zählmaschine).- 1.2.3 Dlie Exor-/And-Maschine (Logikmaschine).- 1.2.4 Maschinelle Verarbeitung von Daten.- 1.2.5 Maschinelle Codierung von Programmen.- 1.3 Der klassische v.-Neumann-Rechner.- 1.3.1 Geschichtliche Bedeutung.- 1.3.2 Architektur.- 1.3.3 Mikroalgorithmen für 2-Komplement-Zahlen.- 1.3.4 Die wichtigsten Rechnerbefehle.- 1.3.5 Die wichtigsten Adressierungsarten.- 1.4 Der klassische 2-Phasen-Assembler.- 1.4.1 Geschichtliche Entwicklung.- 1.4.2 Die wichtigsten Assembleranweisungen.- 1.4.3 Die wichtigsten Adreßrechnungen.- 1.4.4 Aufbau eines 2-Phasen-Assemblers.- 2 Prinzipien der Rechnerstrukturen.- 2.1 Einteilung von Rechnern nach Befehlsformaten.- 2.1.1 Adreßanzahl gegenüber Adreßlänge.- 2.1.2 Hardware-Programme.- 2.1.3 n+1-Adreß-Architektur.- 2.1.4 n-Adreß-Architektur.- 2.1.5 Stack-Architektur.- 2.2 Aufwands-, geschwindigkeits- und durchsatzoptimale Systeme.- 2.2.1 Organisationsformen.- 2.2.2 Seriell- gegenüber Parallelorganisation.- 2.2.3 Fließbandorganisation.- 2.2.4 Konfliktlösung bei Fließbandverarbeitung.- 2.3 Mikroprogrammierung und Prozessorstruktur.- 2.3.1 Die Maschine in der Maschine.- 2.3.2 Complex Instruction Set Computer (CISC).- 2.3.3 Reduced Instruction Set Computer (RISC).- 2.3.4 Gegenüberstellung von RISC und CISC.- 2.4 Prägende Architekturen der Mikroprozessortechnik.- 2.4.1 Am2900: Prozessoren aus Prozessorbausteinen.- 2.4.2 M6800: Einer der ersten 8-Bit-Mikroprozessoren.- 2.4.3 LSI-11: Ein früher 16-Bit-Prozessor für den industriellen Einsatz.- 2.4.4 MC68020: Ein 32-Bit-Mikroprozessor auf CISC-Basis.- 2.4.5 SPARC: Ein 32-Bit-Mikroprozessor auf RISC-Basis.- 2.5 Höhere Formen der Parallelverarbeitung (Autor: M. Menge).- 2.5.1 Lösung des Sprungkonflikts in Fließband-Prozessoren.- 2.5.2 Statische Operationsparallelität.- 2.5.3 Dynamische Operationsparallelität.- 3 Prozessororganisation und Assemblerprogrammierung.- 3.1 Rechnerbefehle, Assembleranweisungen — vom Problem zum Programm.- 3.1.1 Programmiersprachliche Ausdrucksmittel.- 3.1.2 Programmausführung mittels Assembler und Prozessor.- 3.1.3 Assoziativer vs. wahlfreier Datenzugriff.- 3.1.4 Wahlfreier vs. sequentieller Datenzugriff.- 3.2 Adreßrechnung und -modifizierung.- 3.2.1 Register- und Speicheradressierung, immediate Adressierung.- 3.2.2 Registerindirekte Adressierung.- 3.2.3 Basisadressierung.- 3.2.4 Speicherindirekte Adressierung.- 3.2.5 Indexadressierung.- 3.2.6 Effektivadreß-Bildung.- 3.3 Unterprogramme — Funktionen und Prozeduren.- 3.3.1 Parametertransport in die Register.- 3.3.2 Parametertransport in den Stack.- 3.3.3 Organisationsformen aus der Industrie.- 3.3.4 Geschachtelte und rekursive Unterprogrammaufrufe.- 3.4 Makrobefehle.- 3.4.1 Elementare Makroersetzungstechniken.- 3.4.2 Bedingte und strukturierte Assemblierung.- 3.4.3 Implementierung abstrakter Maschinen.- 3.4.4 Geschachtelte und rekursive Makroersetzungen.- 3.5 Datentypen, -formate und -strukturen sowie entsprechende Architekturaspekte.- 3.5.1 Die Datentypen-Problematik.- 3.5.2 Datentypen, -formate und -strukturen.- 3.5.3 Typische Befehle handelsüblicher Prozessoren.- 3.5.4 Gleitkommabefehle.- 3.5.5 Sprachorientierte Rechnerarchitekturen.- 4 Systembus- und Speicherorganisation.- 4.1 Datenübertragung mit den Systemkomponenten.- 4.1.1 Adressierung prozessorexterner Speicherzellen und Register.- 4.1.2 Abläufe für den Datentransport zwischen Prozessor und Speicher.- 4.1.3 Asynchroner Buszyklus.- 4.1.4 Synchroner Buszyklus.- 4.2 Strukturierung des Adreßraums.- 4.2.1 Aufteilung des Adreßraums mit Statussignalen.- 4.2.2 Adreßraumaufteilung durch Auswertung der Adreßsignale.- 4.2.3 Unterschiedliche Datenformate und dynamische Busbreite.- 4.3 Maßnahmen zur Beschleunigung von Speicherzugriffen.- 4.3.1 Verschränkte Speicheradressierung.- 4.3.2 Überlappung von Buszyklen.- 4.3.3 Paralleler Zugriff auf Programm-und Datenspeicher.- 4.3.4 Blockbuszyklus.- 4.4 Cache.- 4.4.1 Problematik.- 4.4.2 Cache-Typen.- 4.4.3 Ersetzungsstrategien.- 4.5 Virtueller Speicher.- 4.5.1 Problematik.- 4.5.2 Speicherverwaltung mit Segmenten.- 4.5.3 Speicherverwaltung mit Seiten.- 4.5.4 Speicherverwaltung mit Segmenten und Seiten.- 5 Ein-/Ausgabeorganisation in Einmaster- und Multimaster-/Multiprozessorsystemen.- 5.1 Prozessorinterrupt.- 5.1.1 Grundsätzlicher Ablauf.- 5.1.2 Interruptzyklus.- 5.1.3 Identifizierbarkeit.- 5.1.4 Unterbrechbarkeit.- 5.1.5 Demaskierbarkeit.- 5.2 Ein-/Ausgabe im Einmastersystem.- 5.2.1 Grundsätzlicher Ablauf.- 5.2.2 Testen und Ändern der Synchronisationsinformation.- 5.2.3 Parallele Datenübertragung.- 5.2.4 Asynchron-serielle Datenübertragung (UART).- 5.2.5 Synchron-serielle Datenübertragung (SDLC).- 5.3 Busarbitration.- 5.3.1 Grundsätzlicher Ablauf.- 5.3.2 Arbitration bei einem Master.- 5.3.3 Arbitration bei mehreren Mastern.- 5.3.4 Lokale Busarbitration.- 5.3.5 Globale Busarbitration.- 5.3.6 Numerierbare Priorisierung.- 5.4 Ein-/Ausgabe im Multimaster-/Multiprozessorsystem.- 5.4.1 Grundsätzliche Systemstrukturen.- 5.4.2 Direct Memory Access (DMA).- 5.4.3 Zusammenspiel der Systemkomponenten.- 5.4.4 Peripheriebusse (SCSI).- 5.4.5 Multibuskonfigurationen.

O autorze

Hans Liebig

1939 in Ebersbach geboren. 1958 bis 1963 Studium der Elektrotechnik an der Technischen Hochschule München. 1963 bis 1965 Entwicklungsingenieur im Fachgebiet Informationstechnik - Elektronische Rechenanlagen - bei Telefunken in Konstanz. 1965 bis 1970 wissenschaftlicher Assistent am Institut für Informationsverarbeitung der Technischen Universität Berlin, ab 1970 Professor für Informatik an der Technischen Universität Berlin. Seit 1968 Vorlesungen über "Logischer Entwurf digitaler Systeme", über "Rechnerorganisation" sowie über "Prinzipien der Rechnerstrukturen".

Blurb

Rechnerorganisation nicht in Hardware und Software geteilt, sondern Rechnerorganisation als Hardware-Software-Approach steht im Mittelpunkt dieses Buches. Es führt hin zu einem umfassenden Verständnis der Rechnerfunktion und zu grundlegenden Fähigkeiten des Rechnerentwurfs. Der Stoff wird in bewährter Systematik dargeboten. Von schaltungstechnischen, technologieabhängigen Fragestellungen wird abstrahiert, dennoch ist durch eine ausgesprochene Detailtreue die Umsetzbarkeit in kommerzielle Produkte gewährleistet.

Das Buch in der dritten Auflage geht diesen bereits früh eingeschlagenen Weg konsequent weiter. Es wendet sich in erster Linie an Technische Informatiker, aber auch an Elektrotechniker und Informatiker, die grundlegende Kenntnisse über Computer gewinnen wollen und die Computer insbesondere in einer technischen Umgebung einsetzen.