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VortragendeVortragende

AINF Lehrgang

Netzwerktechnik, Hard- und Software

Gerhard Jüngling, Heinz Janku

Rechnerarchitekturen

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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

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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

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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

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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

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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

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Rechner-architektur

Gerhard Jüngling

PentiumBlockschaltbild

Quelle: www.intel.com