Rechnerarchitektur
1st Edition
Published on 1. January 1981
Book
Paperback/Softback
XV, 380 pages
978-3-540-10352-3 (ISBN)
Description
The types of architectures are established not by architects but by society, according to the needs of the different institutions. Society sets the goals and assigns to the architect the job of finding the means of achieving them. Encyclopaedia Britannica, Macropaedia I, 1089 In der bisherigen Entwicklung elektronischer Rechenanlagen konnte etwa aile 5-6 lahre eine Leistungssteigerung urn eine Grol3enordnung festgestellt werden. Dieser Fortschritt war bisher jedoch fast ausschliel3lich ein Fort schritt der Hardware-Technologie. Die Entwicklung der Halbleiter-Techno logie in Richtung auf hohe Integrationsdichte, hohe Arbeitsgeschwindigkeit und geringe Kosten verlief in den letzten lahren besonders stiirmisch. An die Stelle der Hardware als dominierendem Kostenfaktor einer Rechen anlage ist die Software getreten. Die geringen Kosten hochintegrierter, standardisierter Bausteine erlauben heute auch bei kleinen bis mittleren Rechnern einen Hardware-Aufwand, den man vor wenigen lahren nur bei einem Grol3rechner als angemessen betrachtet hiitte. Selbst Mikroprozessoren haben inzwischen eine Wort liinge von 16 oder 32 bit und konnen mit einem Arbeitsspeicher v. on mehreren Megabyte ausgestattet werden; die GroBe des Arbeitsspeichers ist damit kein Kriterium zur Unterscheidung von "kleinen" und "groBen" Rechnern. Der groBe, kostengiinstige Speicher ist aber nur ein erster Schritt zur Nutzung der durch die GroBintegration erOffneten Moglich keiten, der als nachster Schritt eine weitere Verbesserung des Preis/ Leistungs-Verhiiltnisses folgen muB.
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Wolfgang K. Giloi
Rechnerarchitektur
Book
08/1993
2nd Edition
Springer
€49.95
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Content
1 Einleitung.- 1.1 Was ist Rechnerarchitektur?.- 1.2 Zum Stand der Technik bei den Hardware-Komponenten.- 1.3 Motivation für innovative Rechnerarchitekturen.- 1.4 Das hierarchische Schichtenmodell eines Rechnersystems.- 1.5 Die Konstituenten einer Rechnerarchitektur.- 1.5.1 Definitionen.- 1.5.2 Abstrakte Datentypen.- 1.6 Taxonomie von Rechnerarchitekturen.- 1.6.1 Allgemeine Bemerkungen.- 1.6.2 Operationsprinzipien.- 1.6.3 Strukturen von Rechnerarchitekturen.- 1.6.4 Die OS-Matrix.- 2 Die klassische von Neumann-Maschine.- 2.1 Die Struktur der klassischen von Neumann-Maschine.- 2.2 Das Operationsprinzip der von Neumann-Maschine.- 2.3 Berechnung und Ablaufkontrolle durch die von Neumann-Maschine.- 2.4 Programmstrukturen.- 2.5 Das Petrinetz-Modell für konkurrente Prozesse.- 2.6 Grundlagen der Speicher organisation im von Neumann-Rechner.- 2.6.1 Der Working Set eines von Neumann-Programms....- 2.6.2 Schutzmechanismen.- 3 Strukturen von Einprozessor-Systemen.- 3.1 Die zentrale Recheneinheit (CPU).- 3.1.1 Die minimale von Neumann-Maschine.- 3.1.2 Mehrregister-Maschinen.- 3.1.3 Anwendung des Pipeline-Prinzips im Prozessor.- 3.2 Speicherorganisation und Speicherverwaltung.- 3.2.1 Seitenadressierung.- 3.2.2 Abbildung eines kleineren logischen Adreßraums auf einen größeren physikalischen Adreßraum.- 3.2.3 Abbildung eines größeren logischen Adreßraums auf einen kleineren physikalischen Adreßraum.- 3.2.4 Cache-Speicher.- 3.2.5 Speicher-Segmentierung.- 3.3 Capability-Adressierung.- 3.3.1 Capability-Adressierung und Speichersegmentierung.- 3.3.2 Referenz über Capability-Register.- 3.3.3 Einführung eindeutiger Objekt-Identifikatoren.- 3.4 Bus-Organisation.- 3.5 Ein/Ausgabe-Organisation.- 3.6 Mikroprogrammierung und "vertikale Verlagerung".- 4 Konzepte der Parallelarbeit.- 4.1 Der Parallelismus und seine Nutzung.- 4.2 Die Ebenen der Parallelarbeit.- 4.3 Erkennung von implizitem Parallelismus.- 4.3.1 Automatische Erkennung von Parallelismus auf der Operations-Ebene.- 4.3.2 Automatische Erkennung von Parallelismus auf der Anweisungs-Ebene.- 4.4 Programmierung von Parallelarbeit.- 4.4.1 Anweisungs-Ebene.- 4.4.2 Prozeß-Ebene: Explizite Synchronisation.- 4.4.3 Prozeß-Ebene: Implizite Synchronisation.- 4.4.4 Der tasking-Mechanismus von Ada (GREEN).- 4.4.5 Die Multiprogramming-Ebene.- 4.5 Datenstrukturen und Parallelarbeit.- 4.6 Arrays oder Pipelines von Bearbeitungselementen und ihr Wirkungsgrad.- 4.7 Vergleich zwischen Pipeline und Array von Bearbeitungselementen.- 4.8 Verbindung der PEs zu einem Prozessor-Array.- 4.9 Wirkungsgrad von Multiprozessor-Systemen.- 5 Innovative Rechnerstrukturen mit von Neumann-Operationsprinzip.- 5.1 Zellulare Systeme: Die Holland-Maschine.- 5.1.1 Vorbemerkungen über zellulare Systeme.- 5.1.2 Die Holland-Maschine.- 5.1.3 Comforts Variante der Holland-Maschine.- 5.1.4 Kritik der Holland-Maschine.- 5.2 Arrays von Bearbeitungselementen; ILLIAC IV.- 5.2.1 Grundsätzliches.- 5.2.2 Das Grundkonzept der ILLIAC IV als Beispiel eines Prozessor-Arrays.- 5.2.3 Die Organisation des ILLIAC IV.- 5.2.4 Programmierung der ILLIAC IV.- 5.2.5 Kritik der ILLIAC IV.- 5.3 System mit einer Vielzahl von Datenprozessoren: CDC 6600.- 6 Feldverarbeitungs-orientierte Rechnerarchitekturen.- 6.1 Vektor-Maschinen.- 6.1.1 Leistungsfähigkeit der Pipeline-Verarbeitung.- 6.1.2 Operationsprinzip der Vektor-Maschinen.- 6.1.3 Struktur von STAR 100 und CYBER 200.- 6.1.4 Struktur der CRAY-1.- 6.2 Verfeinerung des Konzepts der Bearbeitung geordneter Datenmengen; STARLET.- 6.2.1 Strukturbildungsfunktionen und Speicherzugriffsfunktion.- 6.2.2 Die Informationsdarstellung in der STARLET-Maschine.- 6.2.3 Der Struktur-Datentyp VECTOR der STARLET-Maschine..- 6.3 Assoziative Rechner.- 6.3.1 Assoziativspeicher.- 6.3.2 STARAN, ein assoziativer Feldrechner.- 7 Selbst-beschreibende Information und Datentypen-Architekturen.- 7.1 Vorteile einer Typenkennung.- 7.1.1 Typenabhängige Befehlsausführung.- 7.1.2 Erhöhung der Fehlersicherheit.- 7.1.3 Aufbau von Struktur-Datentypen.- 7.1.4 Unterstützung der Mechanismen höherer Programmiersprachen.- 7.1.5 Unterstützung des Betriebssystems.- 7.2 Hierarchische Typenkennung.- 7.3 Anwendung des DRAMA-Prinzips: Datentypen-Architekturen.- 7.3.1 Allgemeines über Datentypen-Architekturen.- 7.3.2 Hierarchischer Aufbau von Datentypen aus einem Grundbaustein.- 7.4 Tagged Architectures und DRAMA-Maschinen.- 8 Spracharchitekturen.- 8.1 Prinzipien der Schließung der "semantischen Lücke" zwischen HLL und ML.- 8.2 Keller-Maschinen.- 8.2.1 Der Maschinen-Datentyp KELLER.- 8.2.2 Anwendung des Kellers zur Berechnung von Ausdrücken und Anweisungen.- 8.2.3 Keller für den Unterprogramm-Aufruf.- 8.2.4 Keller zur Darstellung der Blockstruktur einer HLL.- 8.2.5 Beispiel einer Kellermaschine: P-Maschine.- 8.3 Unmittelbare Ausführung des HLL-Programms: Die SYMBOL-Maschine.- 8.3.1 Allgemeine Kennzeichnung des SYMBOL-Systems.- 8.3.2 Sprache, Datentypen und Informationseinheiten der SYMBOL-Maschine.- 8.3.3 Speicherverwaltung im SYMBOL-Rechner.- 8.4 Direkt ausführende Architektur mit Darstellungstranformation: Burroughs B6700.- 8.4.1 Allgemeine Kennzeichnung der B6700.- 8.4.2 Informationseinheiten und Keller-Organisation der B6700.- 8.4.3 Programmausführung in der B6700.- 8.5 Sprachorientierte Rechnerarchitekturen: APL-Maschinen.- 8.5.1 Eigenschaften von APL.- 8.5.2 Direkte Ausführung von APL.- 8.5.3 Beispiel einer APL-Maschine.- 8.6 DRAMA-Maschinen als sprachunterstützende Architektur.- 9 Datenfluß-Multiprozessorarchitekturen.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Der "Prozessor-Baum" für die Berechnung arithmetischer Ausdrücke.- 9.3 Reduktionsmaschinen (applicative machines).- 9.4 Datenfluß-Architektur mit fester Zuordnung der Operationseinheiten.- 9.5 Elementares Datenfluß-Schema und elementarer Datenfluß-Prozessor.- 9.6 Verallgemeinertes Datenfluß-Schema und die Datenfluß-Basismaschine.- 9.7 Das LAU-System.- 9.8 Zusammenfassende Betrachtungen über Datenfluß-Architekturen.- 10 Allzweck-Multiprozessorarchitekturen.- 10.1 Multiprozessor-Systeme mit zentralisierter Kontrolle.- 10.1.1 Definitionen.- 10.1.2 Asymmetrische Multiprozessor-Systeme.- 10.1.3 Symmetrische Multiprozessor-Systeme.- 10.1.4 Zentrale Betriebssystem-Aufgaben in Multiprozessor-Systemen.- 10.2 Strukturen von Multiprozessor-Systemen mit zentralisierter Kontrolle.- 10.2.1 Strukturen von Verbindungseinrichtungen.- 10.2.2 Realisierungen von Verbindungseinrichtungen.- 10.3 Beispiele für Multiprozessor-Systeme.- 10.3.1 Cmmp - ein symmetrisches Multiprozessor-System.- 10.3.2 Cm* - ein symmetrisches Multiprozessor-System.- 10.3.3 Ein Multiprozessor-System mit Hardware-Überwacher.- 10.4 Verteilte Systeme.- 10.4.1 Die drei Klassen verteilter Systeme.- 10.4.2 Verteilte Polyprozessor-Systeme: Allgemeine Betrachtungen.- 10.4.3 Übertragungs- und Zugriffsprotokolle.- 10.4.4 Inter-Prozeß-Kommunikations-Protokolle.- Literatur.