Technische Informatik: Ein Tutorium der Maschinenprogrammierung und Rechnertechnik

Cover......Page 1
Technische
Informatik......Page 3
ISBN 9783834813725......Page 4
Vorwort......Page 6
Dank......Page 8
Inhaltsverzeichnis......Page 10
1.1 Erster Überblick......Page 13
1.2 Das Mooresche Gesetz......Page 14
1.3.1 Die erste Generation......Page 16
1.3.3 Die dritte Generation......Page 23
1.3.4 Nachfolgende Generationen......Page 26
1.4 Die Entwicklung der Intel-Prozessoren......Page 27
1.5 Die Entwicklung der Motorola-68000-Prozessoren......Page 31
I. Programmierung......Page 35
2.1 Überblick......Page 37
2.2 Das Programmiermodell......Page 40
2.3.1 Aufbau einer Assembler-Befehlszeile......Page 44
2.3.2 Konstanten......Page 45
2.3.5 Die ORG-Anweisung......Page 46
2.3.6 Erstes Programmbeispiel......Page 47
2.4.1 Struktur der Maschinencodes......Page 49
2.4.3 Unmittelbare Adressierung......Page 51
2.4.4 Absolute Adressierung......Page 52
2.4.6 Adressregister-indirekte Adressierung......Page 53
2.4.7 Adressregister-indirekt mit Postinkrement......Page 55
2.4.10 Adressregister-indirekt mit Index und Adressdistanz......Page 56
2.4.11 Programmzähler relativ......Page 59
2.5.1 Datentransport und Stack......Page 60
2.5.3 Sprungbefehle und Unterprogrammaufrufe......Page 61
2.6 Programmierung strukturierter Anweisungen......Page 63
2.6.1 Bedingte Anweisungen......Page 64
2.6.2 Fallunterscheidungen......Page 67
2.6.3 Programmschleifen......Page 68
2.7 Unterprogrammtechnik......Page 71
2.7.1 Parameterübergabe......Page 72
2.7.2 Wiedereintrittsfestigkeit......Page 78
3.1 Synchronisation durch Polling......Page 81
3.2 Synchronisation durch Interrupts......Page 82
3.3 Arten von Interrupts......Page 84
3.4.2 Interruptpriorisierung......Page 85
3.4.3 Die Vektortabelle......Page 87
3.4.4 Ablauf eines Interrupts......Page 89
3.4.5 Programmbeispiel......Page 91
4.1 Assembler vs. Hochsprache......Page 95
4.2 Konstrukte in C......Page 96
4.2.2 Abgeleitete Datentypen......Page 97
4.3 Hardwarenahe Spracherweiterungen......Page 99
4.4.1 Inline-Assembler......Page 101
4.4.2 Assemblermodule in C-Programmen......Page 104
4.5 Code-Optimierung......Page 107
4.5.2 Entfernen von Redundanzen......Page 109
4.5.4 Variablen möglichst in Registern halten......Page 110
4.5.5 Schleifenoptimierung......Page 111
II. Technische Grundlagen......Page 113
5.1 Komponenten und Struktur......Page 115
5.2 Funktionsweise......Page 118
5.3 Buskommunikation......Page 121
5.3.1 Asynchrone Buskommunikation......Page 122
5.4 PC-Systeme......Page 125
5.4.1 Grundsätzlicher Aufbau......Page 126
5.4.3 PC-Bussysteme......Page 127
5.4.4 Aktuelle Speichertechnologie......Page 131
6.1 Hardware-Beschreibungsprachen......Page 133
6.3 Multiplexer und Demultiplexer......Page 134
6.4 Taktverfahren......Page 140
6.5 Entwurf sequentieller Bausteine......Page 141
6.6.1 Eine 1-Bit-ALU......Page 143
6.6.2 Entwurf einer 32-Bit-ALU......Page 147
7.1 Entwurf eines Eintakt-RISC-Prozessors......Page 151
7.1.2 Laden des Befehls......Page 152
7.1.3 Laden der Operanden und Befehlsausführung......Page 153
7.1.4 Sprungbefehle......Page 155
7.1.5 Zusammenfügen der Datenpfade......Page 157
7.1.6 Implementierung einer Steuereinheit......Page 158
7.2.1 Ein- vs. Mehrtakt-Entwurf......Page 162
7.2.2 Eine Mehrtakt-Implementierung......Page 163
7.2.3 Die Mehrtakt-Implementierung in Aktion......Page 166
7.3 RISC-Architektur vs. CISC-Architektur......Page 169
7.4.1 Was ist eine Befehlssatzarchitektur?......Page 171
7.4.2 Welche Befehlssatzarchitekturen gibt es?......Page 172
7.5.1 Erhöhung der Rechenleistung......Page 175
7.5.2 Trade-Offs der Erhöhung der Rechenleistung......Page 176
7.5.3 Ausbalancierung der Performance......Page 177
7.5.4 Messung der Rechenleistung......Page 178
8.1 Einführung......Page 181
8.2 Anpassungen des Mehrtakt-Entwurfs......Page 182
8.3.1 Strukturkonflikte......Page 183
8.3.2 Datenkonflikte......Page 184
8.3.3 Steuerkonflikte......Page 187
8.4 Implementierung des Pipelining......Page 189
9.1 Speichertechnologien......Page 193
9.2 Speicherhierarchie......Page 196
9.3.1 Speicherchips......Page 197
9.3.2 Organisation des Hauptspeichers......Page 200
9.4 Cachespeicher-Organisation......Page 202
9.4.1 Direktes Mapping......Page 203
9.4.3 Satz-Assoziatives Mapping......Page 205
9.5 Cache-Speicher in Desktop-Rechnern......Page 207
Anhang......Page 209
A Die hexadezimale Zahlendarstellung......Page 211
B Easy68k: ein Motorola-68000-Emulator......Page 213
C Stacks......Page 215
D Vorzeichenbehaftete Binärzahlen......Page 217
E Zeitdiagramme......Page 220
Literaturverzeichnis......Page 222
Sachverzeichnis......Page 224