Funktionsweise eines Rechners Flashcards
5 Prinzipien des Von-Neumann-Rechners
- 5 Grundeinheiten: Rechenwerk, Steuerwerk, Speicherwerk, Eingabewerk und Ausgabewerk
- Speicher in gleich große Zellen, fortlaufend nummeriert
- binär codiert
- lineare Bearbeitungsfolge (außer Sprungbefehle)
- elementare Operationen (arithmetisch, logisch, Transportbefehle, Sprungbefehle)
Speicherwerk
enthält das auszuführende Programm und die dabei verwendeten Daten
Steuerwerk
Steuert den Programmablauf (liest die Befehle des laufenden Programms aus dem Arbeitsspeicher und interpretiert diese)
Rechenwerk
führt alle mathematischen und logischen Grundoperationen aus
Eingabe-/Ausgabewerk
Kommuniziert mit Peripheriegeräten und steuert Ein- und Ausgabe von Daten
Bus-System in der von-Neumann-Architektur
Physikalischer Verbindung, über die Signale als elektromagnetische Impulse gesendet werden
Komponenten der Registermaschine
Steuerwerk:
- Befehlsregister (momentanen Befehl)
- Befehlszähler (Adresse des Arbeitsspeichers mit nächstem Befehl)
Rechenwerk:
- Akkumulator (schnellerer Zugriff als RAM, Speicherung von Zwischergebnissen)
- ALU/arithmetisch-logische Einheit (mathematische Operationen)
- Statusregister: Ergebnis der letzten Berechnung durch Flags
Bus-System:
- Adressbus: übergibt Adressen
- Datenbus: Datentransfer jeder Zelle
- Steuerbus: koordiniert Benutzung von Adress- und Datenbus
Wie viele Zahlen lassen sich mit k Bits darstellen? Was ist eine Gefahr?
Zahlen von 0 bis (2^k) - 1
Integer Overflow
Wie funktioniert die binäre Darstellung von Dezimalzahlen?
mithilfe von Kommaverschiebung und Zehnerpotenzen (vor Komma immer 0)
Speicherung von Vorzeichen, Mantisse und Zehnerpotenz
Wie wird binärer Code in “normale Sprache” umgewandelt?
Der Umsetzung liegen fest vereinbarte Regeln zugrunde (ASCII-Codierung).
Was ist die Maschinensprache?
Eine Maschinesprache besteht aus Befehlen im Binärcode, die eine CPU ausführen kann. Ein solcher Befehl gliedert sich in zwei Teile: den Operationsteil und den Operandenteil.
Operationsteil: bestimmt den Befehl, der vom Rechen- und Steuerwerk ausgeführt wird
Operandenteil: zur Operation gehörende Daten (z.B. Speicheradresse oder Daten selbst)
Mit dem speziellen prozessorspezifischen Werkzeug, dem Assembler, kann ein Assemblerprogramm dann meist nahezu eins zu eins in ein entsprechendes Maschinenprogramm umgewandelt werden.
Erkläre den Befehlszyklus
Die Abarbeitung eines Befehls erfolgt immer nach einem festen Schema, dem sog. Befehlszyklus.
1. Fetch: Operationsteil als Binärcode aus dem Speicher laden
2. Fetch: Operand als binären Code laden
3. Decode (Befehl 247 –> LOAD)
4. Execute: Ausführen und Ergebnis in Akkumulator
