Architekturen / von Neumann Flashcards
Hauptbestandteile von Schaltwerken
Ein / Ausgangsklemmen
Verknüpfungsglieder
Schaltnetze
Speicherglieder
Verbindungsnetzwerk
Was bestimmt die Anzahl der inneren Zustände eines Schaltwerks?
Die Anzahl der Speicherglieder
Darstellung: Architekturebene
System und Verhaltensdarstellung
Hardware / Architekturbeschreibungssprachen
Darstellung: Register-Transfer-Ebene
Vernetzung von Komponenten, Modulen, Bussen
Hardwarebeschreibungssrpachen
Darstellung: Schaltungsebene
Bauelemente, Verbindungen, Technologie
Elektrische Netzwerke, Strom, Ladung
Turing-Maschine
- einfaches theoretisches automatenmodal
Berechenbarkeit - Beschreibbarkeit - Aktzeptierbarkeit
Geeignet für Theoretische Betrachtungen
Ungeeignet für: Beschreibung realer Rechner
von Neumann Rechner
erweitertes Automatenmodel
geeignet für: Beschreibung praktischer, realer rechner
Schichtenmodel des Rechners
Programmiersprache
Assemblersprache
Betriebssystemmaschine
Befehlssatzarchitektur
Mikroprogrammsteuerwerk
Digitale Schaltwerke
Physikalische Struktur
Definition: CPU
Zentrale Verarbeitungseinheit mit Rechenwerk und Steuerwerk (Mikroprozessor)
Definition: Primärspeicher
Hauptspeicher (RAM
Definition: Sekundärspeicher
Zusatzspeicher mit direktem Zugriff (Festplatte)
Defintion: Archivspeicher
Zusatzspeicher mit verzögertem Zugriff (z.b. wechselmedien)
Definition: Systembus
Verbindet alle Komponenten des Computers (z.B. PCI)
Defintion: Ein / Ausgabegeräte
Kommunikation des Computers nach außen
Busstruktur: Princeton (Neumann)
Ein Speicher für Daten und Befehle
Busstruktur: Harvard
Ein Befehlsspeicher und ein Datenspeicher
Kontrollflussarchitektur
Daten werden direkt in Befehlen übergeben oder adressiert
Datenflussarchitektur
Befehle werden im Datenfluss mit übergeben oder durch den Datenfluss konfiguriert
Parallelitätsebenen?
Bitebene
Befehlsebene
Kontrollflußebene
Programmebene
Datenflußebene
Bit Level Parallelism
Mehrere Daten oder teile eines Datums werden parallel verarbeitet
Instruction Level Paralelism
Mehrere Befehle eines Kontrollfulsses werden parallel ausgeführt
Thread Level Parallelism
Mehrere Threads werden gleichzeitig ausgefüht
Application Level Paralelims
mehrere Programme werden gleichzeitig ausgeführt (Multiprocessing)
Data Flow Processing
Datenflußverarbeitung meistens sehr parallel
fine grained parallelism?
Bit Level, Instruction Level
coarse grained parallelism?
Thread Level, Application Level
Welche Teile Bilden im Von Neumann Rechner die CPU
Rechenwerk, Steuerwerk
Welche Teile hat der von Neumann Rechner?
Rechenwerk, Steuerwerk
Speicher
IO
Verbindungen
Wie ist ein einfacher Befehl aufgebaut
Operationsanteil (Opcode) - Operandenanteil (Adresse)
Steuerwerk: Befehlszähler
Adresse des nächsten auszuführenden Befehls, wird nach Ausführung automatisch erhöht
Steuerwerk: Befehlsregister
Enthält aktuell zu bearbeitenden Befehl
Steuerwerk: Befehlsdekoder
Dekodiert Opcode und initialisiert steuerschleife
Steuerwerk: Zentrale Steuerschleife
Realisiert den Befehlszyklus im Steuerwerk (=Kontrollfulss) andere komponenten (=datenfluss)
Komponenten des Steuerwerks?
Befehlszähler
Befehlsregister
Befehlsdekoder
Zentrale Steuerschleife
Komponenten des Rechenwerks?
Verarbeitungseinheit (ALU)
Akkumulator Register (AKKU)
Statusregister (SR)
Rechenwerk: Verarbeitungseinheit
ALU - führt rechenoperation auf Operanden durch und legt Ergebnis in Akkumulator
Rechenwerk: Akkumulator
Register für Operand 2 und Resultat
Rechenwerk: Statusregister
Zwischenabspeicherung der Steuerdaten
Komponenten des Speichers?
Speicherzellen
Adressdekodierer
Speicheradressregister
Speicherdatenregister
Speicher: Speicherzellen
Speichert Daten :-)
Speicher: Adressdekodierer
Dekodiert binär kodierte dress und wählt speichergelle aus
Speicher: Speicheradressregister
Zwischenspeicherung der dekodierten speicheradresse
Speicheradressdatenregister
Zwischenspeicherung der Daten
Hauptelemente des Rechners?
Steuerwerk
Rechenwerk
Speicher
Hauptbusse des Rechners?
Datenbus
Adressbus
Steuerbus
Befehlszyklus des von Neumann rechners
- Befehl holen und dekodieren
2. Operand holen und operation ausführen
Schritte in Phase 2. des Befehlszyklus: Operand holen und Operation ausführen
- (OF: Operand Fetch)
entweder es wird operand aus Speicher geladen und in akkumulationsregister gelegt
oder es wird datum aus akkumulationsregister in Speicher geschrieben - (EX: Execute)
Ausführung in ALU, Status in statusregister,
Schritte in Phase 1 des Befehlszyklus:
Befehl holen und dekodieren
- (IF Instruction Fetch)
Befehlszähler lesen → Befehl aus Speicher holen in befehlsregster schreiben → +1 befehlszäher - (ID Instruction Decode)
Opcode dekodieren, an mikrosteuerwerk übergen an zentrale schleife übergeben
Engpässe bei von Neumann
Nur ein Bus / Speicher für Daten / Befehle
Keine Parallelität
Nur ein Kontrollpfad
