Rechnerarchitektur für Dummies. Das Lehrbuch - Jürgen Neuschwander

. .

Résumé :
Dieses Buch bietet eine kompakte, verst?ndliche Einf?hrung in das Thema Rechnerarchitektur. Alle heute essenziellen Themengebiete werden behandelt. Der Schwerpunkt des Buches liegt auf der systemtechnischen funktionalen Beschreibung von Rechnern, ihren Komponenten und Prozessen, ohne auf die unz?hligen Details dedizierter Systeme einzugehen. Die funktionale Darstellung mittels geeigneter Modellierungstechniken erlaubt das grunds?tzliche Verst?ndnis dieser Systeme, unabh?ngig von der jeweiligen Art der Realisierung und dem aktuellen Stand der Technologie. So m?ssen Sie keine Sorge haben, dass Sie sich bei der Pr?fungsvorbereitung in den Details verlieren.

Biographie:
J?rgen Neuschwander ist Professor f?r Informatik mit dem Schwerpunkt Technik der Informations- und Kommunikationssysteme. Er lehrt an der Hochschule f?r Technik, Wirtschaft und Gestaltung in Konstanz.

Sommaire:

?ber den Autor 7

Einleitung 19

?ber dieses Buch 20

T?richte Annahmen ?ber den Leser 21

Was Sie nicht lesen m?ssen 22

Wie dieses Buch aufgebaut ist 22

Teil I: Grundlegendes zu Rechnerarchitekturen 22

Teil II: Das Kernelement: Der Prozessor 22

Teil III: Das Konzept der Speicherhierarchie 23

Teil IV: Vom Nutzen der Parallelverarbeitung 23

Teil V: Der Top-Ten-Teil 23

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23

Wie es weitergeht 24

Teil I: Grundlegendes zu Rechnerarchitekturen 25

Kapitel 1 Blick aus der Vogelperspektive 27

Das Zeitalter der Computer 27

Embedded Systems und Ubiquitous Computing 28

Klassen von Rechnern 30

Der Begriff 'Rechnerarchitektur' 33

Die Instruction Set Architecture (ISA) 34

Die Mikro-Architekturebene 38

Die Definition der Rechnerarchitektur aus meiner Sicht 38

H?chstintegration und die Grenzen des Wachstums 39

Steigerung der Anzahl der Transistoren auf einem Chip 39

Der Performance-Gap 42

Alternativen zur Steigerung der Taktrate 44

Fortschritte beim automatisierten Entwurf solcher Chips 45

Modellierungstechnik 47

Aufbaupl?ne (Instanzennetze) 48

Ablaufpl?ne (Petri-Netze) 51

Kapitel 2 Leistungsbewertung von Rechnern 55

?berblick ?ber Leistungsma?e 56

MIPS und MFLOPS 57

Die Prozessorausf?hrungszeit 58

Vereinfachung durch den CPI-Wert 61

Benchmarkprogramme 63

Das Gesetz von Amdahl 67

Teil II: Das Kernelement: Der Prozessor 71

Kapitel 3 Die von Neumann-Maschine 73

Die Komponenten eines von Neumann-Rechners 76

Der Prozessor 76

Die Ein-/Ausgabeeinheit 77

Der Hauptspeicher 78

Der Systembus 79

Charakteristika der von Neumann-Maschine 80

Interpretation der Informationskomponenten 80

Befehlsz?hlerprinzip und die Abwicklung eines Programms 84

Prozesse und Strukturelemente in einem Rechner 87

Komponenten des Operationswerks 94

Speicherorganisation 104

Klassen von Prozessorarchitekturen 118

Das Steuerwerk 124

Kapitel 4 Programmiermodell und Assemblerprogrammierung 139

Charakteristische Merkmale der Hochsprachen-Programmierung 140

Charakteristische Merkmale der maschinennahen Programmierung 140

Das Programmiermodell 141

Assemblerprogrammierung 143

Der Befehlssatz des Prozessors 144

Adressierungsarten 150

Assemblerprogrammierung am Beispiel 158

Ablauf der Assemblierung 166

Unterprogrammtechnik 179

Kapitel 5 Kommunikation und Ausnahmeverarbeitung 193

Datenaustausch ?ber den Systembus 193

Zeitverhalten am Systembus 194

Synchroner Bus 194

Semi-synchroner Systembus 197

Asynchroner Systembus 198

Bussysteme in der heutigen Praxis 202

Bus-Arbitration 203

Lokale Bus-Arbitration 203

Globale Bus-Arbitration 206

Priorisierung mehrerer Master 207

Zentrales Verfahren zur Busvergabe 207

Dezentrales Verfahren zur Busvergabe 208

Erweiterung des Prozessormodells 209

Ausnahmeverarbeitung 210

Einf?hrung des Abwicklerverwalters 211

Klassifizierung von Unterbrechungen und Ausnahmeverarbeitungen 213

Priorisierung in einer Interruptebene 222

Modellierung des Hardware-Dispatchers 228

Ein-/Ausgabe-Interfaces und Synchronisation 234

Ein-/ Ausgabe-Interfaces 234

Informationelle Struktur eines Interface-Bausteins 235

Synchronisation mit peripheren Instanzen 236