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© H.-D. Wuttke `14 9.01.2014 www.tu-ilmenau.de/iks 1

Mathematische Grundlagen (1) Boolesche Algebren: BMA, BAA (2,3) Kombinatorische Schaltungen (4,5) Automaten (6,7) Sequentielle Schaltungen (8) Programmierbare Strukturen (9) Rechneraufbau und ~funktion (10,11) Informationskodierung (12,13,14)

Rechnerorganisation


Mikrorechnerarchitektur

Programm, Befehle Daten


CPU

• Central Processing Unit • ZVE • Prozessor (Pentium, Atom, i3, i5, i7...)


Zyklischer Befehlsablauf Bef ehlsphasen

Bef ehl addr. + holen (f et ch)

dekod ieren (decode)

Operanden ad ressieren

laden (load)

Bef ehl ausf ühren (execut e)

Result at speichern (st ore)

Bef ehlszeiger erhöhen


Zyklischer Befehlsablauf

Transport -Bef ehl M OV AL, [$2521]

1 2

3

4

5

6 7



Ar i t hm et ik-Bef ehl ADD AL,$2F

1 2

3

4 5

6

7



Sprung-Bef ehl JM P $2034

1 2

3 4


Regist er , Speicher Operat ionen Adressierungsart en Dat ent ypen

Architekturmerkmale


Beispiel (x86)

Regist er , Speicher


x86 - Architektur

Regist ersat z


x86 – Architektur II

Regist ersat z


x86 – Architektur II

Flags


Architekturmerkmale (x86)

Operat ionen


Jahr Typ Bus Transis- toren

Takt (MHz)

HS (MB)

Opera- tionen

PC - Standards

71 4004 4 2 300 0,74 0,004 + - ∧ ∨

78 8086 /~88 16 /8 29 000 8 1 + - ∧ ∨ IBM PC XT/AT

85 (80) 386 32 275 000 10...33 4000 * / MPC 1 (1992)

386SX /16

97 Pentium MMX™ 32 4,5 Mio 150...233 MMX-

Befehle 3D

Audio/Video

02 Pentium IV 32 42 Mio 2000 SSE

(P3) MPEG4 MP3

07 Core 2 Duo 64 410 Mio 3000 64

000 SSE4.1 Vista

Geschichte (x86)


Steuerwerk Operat ionen: Ar i t hm et ik + , -, *2 (Shif t L), :2 (Shif t R) Log ik AND, OR. NOT Transport RAM , Reg., EA Verzw eigung al t ernat ive Folgeadresse


Ausgewählte Befehle II



Regist er , Speicher Operat ionen Adressierungsart en Dat ent ypen



Adressierungsarten


Logische / Physikalische Adresse

Adressierungsart en beziehen sich auf log ische Adresse: gem äß Bef ehl physikal ische Adresse: Adresse am Dekoder des Speichers Berechnet von M M U (M em ory M anagem ent Unit )


Logische / Physikalische Adresse

Beispiel x86:


Mikrorechnerarchitektur

Adressierung von Speicher, E/A, Datenregister Adressbus


Adressierungsarten Adressierung der Operanden

von Bedeut ung bei Assem blerp rogram m ierung

erm öglicht d ie Verw alt ung von einf achen Dat enst rukt uren

Vekt oren

Felder

p rob lem at isch f ür Com piler = > RISC


Steuerwerk


Adressierungsarten

Direkt e Regist eradressierung


Adressierungsarten

• Unmittelbare Adressierung – $: Hexadezimal


Adressierungsarten

• Direkte Registeradressierung


Adressierungsarten

• Direkte Speicheradressierung

– [ ]: Speicheradresse – $: Hexadezimal


Adressierungsarten

• Indirekte Speicheradressierung

– [ ]: Speicheradresse


Adressierungsarten


Adressierungsarten

• Indizierte Speicheradressierung



Adressierungsarten

• Basisadressierung



Adressierungsarten

• Basisindizierte Adressierung



Adressierungsarten

• Absolute Befehlsadressierung

– $: Hexadezimal


Adressierungsarten

• Relative Befehlsadressierung

– $: Hexadezimal


Komplexe Adressierungsarten


Operationsteil Adressteil

2 Bit

Adress.-Art 1.Operand 2.Operand 2.Operand (Ziel) (Quelle)

2 Bit 1 Bit 3 Bit

Mnemonik Befehlskode Hex MOV A,4 01 10 0 100 64 MOV B,[7] 01 01 1 111 5F ADD A,B 10 00 0 1** 84...87 JNC 05 11 10 * 101 E5,ED ADD A,1 10 10 0 001 A1 HLT 00 ** * *** 00...3F

Befehlskodierung: akadem. Beispiel


Operationen Transport MOV 01 Verknüpfung ADD 10 Verzweigung JNC 11 Steuerung HLT 00

Operanden- adressen

Register A B

0 1

Speicher [0] 000 ……… …….

[7] 111 unmittelbar 0 000 (Direktwert) ... ...

7 111 Adressierung Register 00

Speicher 01 Direktwert 10

Befehlskodierung


Befehlskodierung: Beispiele Operationsteil Adressteil

2 Bit


2 Bit 1 Bit 3 Bit



Architekturmerkmale

• Datentypen

• Daten eines Typs sind gleich bzgl. – Ausführbare Operationen – Struktur – Interpretation – Wertebereich

• Beispiele: ASCII, BCD, REAL (FP)

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