Rechnerstrukturen Und Rechnerarchitekturen

ISBN-13: 9783528043896 / Niemiecki / Miękka / 1988 / 208 str.

Bernd Bundschuh; Peter Sokolowsky

Opis

Der Stoff dieses Lehrbuches basiert auf einer Vorlesung, die seit 1976 fUr Studierende der Elektronik und Feinwerktechnik der Fachhochschule Frankfurt a. M. mit zwei und seit 1984 fUr den Studiengang Ingenieur-Informatik mit vier Semester-Wochenstunden ab wechselnd von beiden Autoren gehalten wird. Aufgabe und Ziel dieser Vorlesung ist es, eine Einfiihrung und einen "Oberblick tiber Auf bau und Arbeitsweise von Rechnersystemen zu geben. Das vorliegende Buch untersttitzt diese Bestrebungen durch die leicht verstandliche Darstellung und die Erlauterung von schwierigen Sachverhalten durch schematische Abbildungen. Der Stoff ist so angelegt, daB keine speziellen Kenntnisse in Schaltkreiselektronik, Digital technik und Programmierung vorausgesetzt werden. Aile Darstellungen tiber Funktions weisen gehen hinab bis zur Behandlung von, Jogisch-technischen" Prozessen auf der Ebene der Primarprozesse 0 und 1, ohne daB dabei einschlagiges Wissen tiber die techno logische Realisierung vorhanden sein muB. In der Praxis werden oft Fragen nach der Struktur des "eigenen" Rechners gestellt. Man mochte wissen, welche Vorgange im Rechner ablaufen, wie der Rechner aufgebaut und organisiert ist. Die Grundaufgabe einer Rechenanlage ist die Sammlung, Speicherung, Verarbeitung und Darstellung von Informationen. Urn diese Grundaufgabe auf den verschiedensten Anwen dungsgebieten erftillen zu konnen, bedarf es unterschiedlicher Rechner, die durch unter schiedliche GroBe, Struktur und Arbeitsweise gekennzeichnet sind. Die Darstellung des Lehrstoffes erfolgt aus der Sicht eines Rechnerarchitekten, der die Rechner entwirft und baut. Dementsprechend wurde versucht, den Aufbau und die Arbeitsweise der Rechnerhardware aufzuzeigen und bestimmte architektonische Prin zipien sowie organisatorische MaBnahmen, die dieselben untersttitzen, zu erarbeiten.

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Leistungsproblematik heutiger Rechnersysteme.- 1.2 Die Entwurfskriterien der Rechnerarchitekturen.- 1.3 Wichtige Begriffe zu Rechnerarchitekturen.- 1.4 Klassifikation von Rechnerarchitekturen.- 1.4.1 Klassifikation nach Operationsprinzip.- 1.4.2 Klassifikation nach Hardware-Betriebsmitteln.- 2 Rechenwerk.- 2.1 Zahlendarstellungen.- 2.1.1 Vorzeichenlose ganze Dualzahlen.- 2.1.2 Vorzeichenbehaftete ganze Zahlen.- 2.1.3 Binär codierte Dezimalzahlen (BCD-Zahlen).- 2.1.4 Gleitkommazahlen.- 2.2 Addierwerke.- 2.2.1 Halbaddierer, Volladdierer.- 2.2.2 Parallel-Addierer für Dualzahlen.- 2.2.3 Der serielle Dualaddierer.- 2.3 Subtraktion.- 2.3.1 Der Volladdierer/Subtrahierer.- 2.3.2 Parallel-Addier-Subtrahierschaltung.- 2.4 Vergleichswerke.- 2.4.1 Parallelvergleicher.- 2.5 Logische Befehle.- 2.6 Ein vollständiger Rechenbaustein.- 2.7 Multiplizierwerke.- 2.7.1 Duale Parallelmultiplikation.- 2.7.2 Duale Serienmultiplikation.- 2.7.3 Tabellenmultiplikation.- 2.8 Division.- 2.8.1 Wiederherstelltechnik.- 2.8.2 Nicht-Wiederherstelltechnik.- 2.9 Gleitkomma-Rechenwerke.- 2.9.1 Addition und Subtraktion.- 2.9.2 Multiplikation und Division.- 3 Speicher.- 3.1 Zuverlässigkeit.- 3.1.1 Einfache Paritätsprüfung.- 3.1.2 Fehlerkorrigierende Methoden.- 3.2 Halbleiterspeicher.- 3.2.1 Die Schreib-Lese-Halbleiterspeicher mit Flip-Flop-Elementen (Statische RAM).- 3.2.2 Die Schreib-Lese-Halbleiterspeicher mit Kondensator-Elementen (Dynamische RAM).- 3.2.3 Die Festwert-Halbleiterspeicher.- 3.2.3.1 Die vom Hersteller programmierten Festwertspeicher (ROM).- 3.2.3.2 Die vom Anwender einmal programmierbaren Festwertspeicher (PROM).- 3.2.3.3. Die löschbaren Festwertspeicher (EPROM und EEPROM).- 3.2.4 Ein vollständiger Speicher.- 3.2.5 Assoziativspeicher.- 3.3 Die magnetomotorischen Speicher.- 3.3.1 Aufzeichnungsverfahren.- 3.3.2 Datensicherungsverfahren.- 3.3.3 Plattenspeicher.- 3.3.4 Diskettenspeicher.- 3.3.5 Bandspeicher.- 3.4 Optischer Speicher.- 3.5 Speicherorganisation, Speicherverwaltung.- 3.5.1 Seitenadressierung.- 3.5.2 Cache-Speicher.- 3.5.3 Mapping.- 3.5.4 Virtuelle Speicher.- 3.5.5 Segmentierung.- 4 Steuerwerk.- 4.1 Befehle und Programmstatus.- 4.2 Grundsätzliche Arbeitsweise des fundamentalen Systems.- 4.3 Adressierungsarten.- 4.4 Operationssteuerung.- 4.5 Programmunterbrechung (Interrupts).- 5 Busse, Eingabe, Ausgabe.- 5.1 Interne Busstrukturen.- 5.2 Eingabe und Ausgabe.- 5.2.1 Adressierung der angeschlossenen Einheiten.- 5.2.2 Die Datenübertragung.- 5.2.3 Programmunterbrechungen.- 5.2.4 Kommunikationstechniken.- 5.2.5 Parallele und serielle Anschlüsse.- 5.2.6 Bussteuerung.- 5.2.7 Der Unibus.- 6 Die von-Neumann-Architektur.- 6.1 Die physikalischen Strukturen.- 6.2 Das Operationsprinzip.- 6.3 Die Mindestausstattung eines von-Neumann-Zentralprozessors und ihre Erweiterung.- 6.4 Programmstrukturen und ihre Auswirkungen auf die Prozessorarchitektur.- 6.5 Das IBM-System/370.- 7 Nichtsequentielle Rechnerarchitekturen.- 7.1 Klassifikation von nichtsequentiellen Rechnerarchitekturen.- 7.2 Struktur parallel verarbeitender Rechner.- 7.2.1 Fließbandprozessoren (Pipeline-Prozessoren).- 7.2.2 Feldrechner.- 7.2.3 Multiprozessoren.- 7.2.3.1 Verteilte Systeme.- 7.2.3.2 Datenfluß-Prozessoren.- 7.3 Einige Beispiele innovativer Architekturen.- 7.3.1 RISC-Architektur.- 7.3.2 CDC-Techner CYBER 170.- 7.3.3 CRAY-Computer.- 7.3.4 Distributed Array-Prozessor (DAP).- 7.3.5 Die MIMD-Architekturen der Carnegie Mellon Universität.- 7.3.5.1 Der Multi-Miniprozessor C.mmp.- 7.3.5.2 Der modulare Multi-Mikroprozessor Cm*.- 7.3.6 Fehlertolerante Systeme.- 7.3.6.1 Transaktionsorientierte fehlertolerante Systeme.- 7.3.6.2 Das fehlertolerante System Tandem-NonStop-Rechner.- 7.3.6.3 Fehlertolerante VLSI-Architekturen.- 7.3.7 Transputer.- 7.3.8 SIMD/MIMD-Architektur.- 7.3.9 Signalprozessoren.- 7.4 Programmiersprachen für parallele Prozesse.- 8 Verbindungsnetzwerke.- 8.1 Statische Verbindungsnetzwerke.- 8.2 Dynamische Verbindungsnetzwerke.- 8.3 Verteilte Systeme.- 8.3.1 Lokale Netze.- Sachwortverzeichnis.