5 - Rechner Architektur und Hardware Flashcards
CPU
Central Processing Unit
- Hauptprozessor: Herzstück moderner Computersysteme
- steuert die anderen passiven Komponenten eines Computers
- Programme sind Folgen von Maschineninstruktionen, die in aufeinander folgenden Speicheradressen abgelegt sind => Programmausführung: Maschineninstruktionen werden von der CPU umgesetzt
- mind 3 Komponenten: Rechen-, Steuer- und Speicherwerk
Steuerwerk
Control Unit
- holt und interpretiert (Maschinen)- befehle, koordiniert die anderen CPU-Komponenten, steuert Ein und Ausgabe-Einheiten und den Steuerbus
- Enthält das Befehlsregister, der alle Befehle enthält, die die CPU ausführen kann
Rechenwerk
Arithmetic Logic Unit (ALU)
- Manipulation von Daten und Adressen
- führt alle logischen und mathematischen Operationen aus
Speicherwerk
-Speicherzellen (Register) für die kurzfristige Speicherung von Operanden und Adressen
(Ganzzahl-, Gleitkomma-Register, Befehlszähler, Statusregister)
- Register arbeiten mit derselben Geschwindigkeit wie der Rest der CPU
Von-Neumann-Zyklus
- beschreibt die sequentielle Arbeitsweise mit 5 Phasen
- Prozessor und Speicher kommunizieren über einen Bus direkt (Befehle und Daten werden transportiert)
- FETCH: Abzuarbeitenden Befehl aus dem Speicher in das BefehlsRegister der CPU laden
- DECODE: Steuerwerk löst den Befehl in Schaltinstruktionen für das Rechenwerk aus
- FETCH OPERANDS: Parameter für den Befehl aus dem Speicher holen
- EXECUTE: Rechenwerk führt die Operation aus
- UPDATE INSTRUCTION POINTER: Befehlszähler wird erhöht, Zyklus beginnt von vorne
Aufbau eines PCs
Prozessor (Rechen und Steuerwerk)
Speicher
mehrere Ein-/Ausgabe- Controller
Systembus: Adressen, Daten, Steuersignale
BUS- Leitungen
verbinden die Komponenten eines modernen Rechnersystems
- Steuerbus
- Adressbus
- Datenbus
=> zusammen: Systembus oder Front Side Bus (FSB)
Datenbus
Überträgt Daten zwischen Prozessor, Arbeitsspeicher und Peripherie (bidirektional)
- Anzahl der Datenbusleitungen legt fest wie viele Bytes pro Takt übertragen werden können
- Üblicherweise: Bandbreite (Anzahl Datenbusleitungen) gleich Größe der Arbeitsregister des Prozessors
- Moderne Prozessoren: Datenbusbreite von 64 Bits (Prozessor kann 64 Datenbits bei einem Takt übertragen)
- Datenfreigabe (Berechtigung zum Senden von Daten) erfolgt durch den Prozessor jew. nur für eine Komponente
Von-Neumann-Architektur
- Idee von einem Universal-Computer ohne fest installiertes Betriebssystem.
- Im von-Neumann-Rechner werden Daten und Programme binär kodiert und liegen im gleichen Speicher
Chipsatz und PCI Bridge
PCI-Bridge: Die verbindenden Elemente zwischen CPU und den anderen Komponenten (der sog. Chipsatz)
Bestehend aus 2 Komponenten:
- Northbridge: dicht an der CPU, um Daten schnell übertragen zu können. Zuständig für Speicherzugriffe und Grafikkarte
- Southbridge: für langsamere Verbindungen wie PCI, ISA, SATA, USB, FIREWIRE, usw. zuständig
Adressbus
Überträgt Speicheradressen (unidirektional)
- Einzelne Speicherzellen & Peripherie-Geräte werden angesprochen/adressiert
- Breite (Anzahl der digitalen Signalleitungen) legt die max. Anzahl der adressierbaren Speicherzellen fest
- Busbreite: 32Bits -> 2^32 Speicherzellen = 4GB RAM adressierbar
Formel zur Ermittlung der max. nutzbaren Speichergröße, die ein Prozessor ansprechen kann (Byte)
Max. adressierbare Speicherplätze = 2^Anzahl Signalleitungen
Steuerbus
Koordiniert exklusive Lese- und Schreibanweisungen auf Daten- und Adressbus = zwischen den Komponenten des Computersystems (bidirektional)
- Eine über den Adressbus angesprochene Komponente wird über den Steuerbus angewiesen was sie zu tun hat
- Beinhaltet Interrupt-Leitungen: Peripherie-Geräte können dem Prozessor eine Unterbrechungsanforderung signalisieren
- Typische Bandbreiten: 5-10 Leitungen
Front-Side-Bus
Bus zwischen CPU und Chipsatz (Enthält Adressbus, Datenbus und Steuerbus)
- Aus Geschwindigkeitsgründen verlagert man immer mehr Bestandteile des Chipsatzes in den Prozessor
- Es werden immer häufiger Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eingesetzt
- Eingabe-/Ausgabecontroller treten als Vermittler zwischen den Geräten und dem Prozessor auf
