Rechnerarchitektur

1 - Vorwort [Seite 5]
2 - Teil 1: Grundlagen [Seite 15]
2.1 - 1 Einleitung [Seite 17]
2.1.1 - 1.1 Grundbegriffe [Seite 17]
2.1.2 - 1.2 Einheiten [Seite 19]
2.1.3 - 1.3 Geschichte [Seite 20]
2.1.4 - 1.4 Arten von Computern [Seite 22]
2.2 - 2 Allgemeiner Aufbau eines Computersystems [Seite 29]
2.2.1 - 2.1 Blockdiagramm und grundlegende Abläufe [Seite 29]
2.2.2 - 2.2 Detaillierteres Computermodell [Seite 32]
2.2.3 - 2.3 Speicher und E/A-Bausteine [Seite 33]
2.2.4 - 2.4 Prozessor und Busse [Seite 36]
2.2.5 - 2.5 Taxonomien [Seite 38]
2.3 - 3 Performance und Performanceverbesserung [Seite 41]
2.3.1 - 3.1 Angabe der Rechenleistung [Seite 41]
2.3.2 - 3.2 Caching [Seite 44]
2.3.2.1 - 3.2.1 Caching beim Lesen von Daten [Seite 44]
2.3.2.2 - 3.2.2 Caching beim Schreiben von Daten [Seite 46]
2.3.2.3 - 3.2.3 Cacheable Area [Seite 48]
2.3.2.4 - 3.2.4 Cache-Hierarchien [Seite 48]
2.3.3 - 3.3 Pipelining [Seite 51]
2.4 - 4 Verbreitete Rechnerarchitekturen [Seite 57]
2.4.1 - 4.1 CISC-Architektur [Seite 57]
2.4.2 - 4.2 RISC-Architektur [Seite 58]
2.4.3 - 4.3 VON-NEUMANN-Architektur [Seite 62]
2.4.4 - 4.4 Harvard-Architektur [Seite 65]
3 - Teil 2: Digitaltechnik [Seite 69]
3.1 - 5 Grundlegende BOOLEsche Verknüpfungen [Seite 71]
3.1.1 - 5.1 BOOLEsche Algebra und Digitaltechnik [Seite 71]
3.1.2 - 5.2 Gatter [Seite 72]
3.1.2.1 - 5.2.1 Treiber und Identität [Seite 72]
3.1.2.2 - 5.2.2 Inverter und Negation [Seite 75]
3.1.2.3 - 5.2.3 UND-Gatter und Konjunktion [Seite 76]
3.1.2.4 - 5.2.4 NAND [Seite 78]
3.1.2.5 - 5.2.5 ODER-Gatter und Disjunktion [Seite 79]
3.1.2.6 - 5.2.6 NOR [Seite 81]
3.1.2.7 - 5.2.7 XOR und Antivalenz [Seite 82]
3.1.2.8 - 5.2.8 XNOR und Äquivalenz [Seite 83]
3.1.3 - 5.3 Gesetze der BOOLEschen Algebra [Seite 84]
3.2 - 6 Komplexere Schaltnetz-Komponenten [Seite 87]
3.2.1 - 6.1 Adressdecoder [Seite 87]
3.2.2 - 6.2 Multiplexer und Demultiplexer [Seite 89]
3.2.2.1 - 6.2.1 Multiplexer 2:1 [Seite 89]
3.2.2.2 - 6.2.2 Demultiplexer 1:2 [Seite 90]
3.2.2.3 - 6.2.3 Multiplexer n:1 [Seite 91]
3.2.2.4 - 6.2.4 Demultiplexer 1:n [Seite 92]
3.2.2.5 - 6.2.5 Multiplexer m × n:n [Seite 94]
3.2.3 - 6.3 Varianten der Schaltzeichen [Seite 96]
3.2.4 - 6.4 Digitaler Komparator [Seite 98]
3.2.5 - 6.5 Addierer [Seite 99]
3.2.6 - 6.6 ALU [Seite 99]
3.3 - 7 Schaltwerke [Seite 101]
3.3.1 - 7.1 RS-Flipflop [Seite 101]
3.3.2 - 7.2 Arten von Eingängen [Seite 103]
3.3.2.1 - 7.2.1 Vorrangige Eingänge [Seite 103]
3.3.2.2 - 7.2.2 Taktzustandssteuerung [Seite 104]
3.3.2.3 - 7.2.3 Taktflankensteuerung [Seite 105]
3.3.2.4 - 7.2.4 Asynchrone Eingänge [Seite 106]
3.3.3 - 7.3 D-Flipflop [Seite 106]
3.3.4 - 7.4 Register und Schieberegister [Seite 107]
3.3.5 - 7.5 T-Flipflop [Seite 109]
3.3.6 - 7.6 JK-Flipflop [Seite 110]
3.3.7 - 7.7 Zähler [Seite 111]
4 - Teil 3: Arithmetik [Seite 113]
4.1 - 8 Zahlendarstellung [Seite 115]
4.1.1 - 8.1 Vorzeichen-Betrags-Darstellung [Seite 116]
4.1.2 - 8.2 Einerkomplement [Seite 119]
4.1.3 - 8.3 Zweierkomplement [Seite 121]
4.2 - 9 Arithmetische und logische Operationen [Seite 125]
4.2.1 - 9.1 Arithmetische Operationen [Seite 125]
4.2.2 - 9.2 Logische Operationen [Seite 126]
4.2.3 - 9.3 Bitoperationen in C und C++ [Seite 132]
4.3 - 10 Rechnen mit vorzeichenlosen Dualzahlen [Seite 133]
4.3.1 - 10.1 Addition und Subtraktion [Seite 133]
4.3.2 - 10.2 Multiplikation und Division [Seite 136]
4.4 - 11 Rechnen in der Vorzeichen-Betragsdarstellung [Seite 143]
4.4.1 - 11.1 Addition und Subtraktion [Seite 143]
4.4.2 - 11.2 Multiplikation und Division [Seite 145]
4.5 - 12 Rechnen im Zweierkomplement [Seite 147]
4.5.1 - 12.1 Addition und Subtraktion [Seite 147]
4.5.2 - 12.2 Multiplikation und Division [Seite 150]
4.5.3 - 12.3 Fazit [Seite 150]
4.6 - 13 Ganzzahl-Rechenwerk [Seite 153]
4.6.1 - 13.1 Beispiel-Rechenwerk [Seite 154]
4.6.2 - 13.2 Ergänzende Betrachtungen [Seite 157]
4.6.3 - 13.3 Beispiel: Addition [Seite 161]
4.6.4 - 13.4 Beispiel Multiplikation [Seite 164]
4.7 - 14 Gleitkommarechenwerk [Seite 175]
4.7.1 - 14.1 Darstellung von Gleitkommazahlen [Seite 176]
4.7.2 - 14.2 Umwandlung von Dezimalbrüchen in Dualbrüche [Seite 179]
4.7.3 - 14.3 Ein Beispiel-Gleitkommarechenwerk [Seite 182]
4.7.3.1 - 14.3.1 Addition und Subtraktion [Seite 183]
4.7.3.2 - 14.3.2 Multiplikation [Seite 185]
4.7.3.3 - 14.3.3 Division [Seite 186]
5 - Teil 4: Prozessoren [Seite 189]
5.1 - 15 Maschinensprache [Seite 191]
5.2 - 16 Steuerwerk [Seite 197]
5.3 - 17 Mikroprogrammierung [Seite 201]
5.3.1 - 17.1 Konzept [Seite 201]
5.3.2 - 17.2 Beispiel-Mikroprogrammsteuerung [Seite 202]
5.3.3 - 17.3 Befehlssatzentwurf [Seite 209]
5.3.4 - 17.4 Erweiterung der Mikroprogrammsteuerung [Seite 213]
5.4 - 18 Spezielle Techniken und Abläufe im Prozessor [Seite 217]
5.4.1 - 18.1 Befehlszyklus [Seite 217]
5.4.2 - 18.2 Strategien bei Programmverzweigungen [Seite 219]
5.4.3 - 18.3 Out of Order Execution [Seite 227]
5.4.4 - 18.4 64-Bit-Erweiterungen [Seite 227]
5.4.5 - 18.5 Sicherheitsfeatures [Seite 229]
5.5 - 19 Multiprozessorsysteme [Seite 233]
5.5.1 - 19.1 Ansätze zur Performancesteigerung [Seite 233]
5.5.2 - 19.2 Aufwand für Parallelisierung [Seite 236]
5.5.3 - 19.3 Topologien [Seite 237]
5.5.4 - 19.4 Datenübertragung [Seite 239]
5.5.5 - 19.5 Software für Multiprozessorsysteme [Seite 241]
5.5.6 - 19.6 Speicherzugriff [Seite 242]
5.5.7 - 19.7 Konsistenz [Seite 242]
5.6 - 20 Digitale Signalprozessoren [Seite 247]
5.6.1 - 20.1 Einsatzgebiete [Seite 247]
5.6.2 - 20.2 Zeitabhängige Signale und Signalverarbeitungskette [Seite 248]
5.6.3 - 20.3 Analoge Vorverarbeitung und A/D-Wandlung [Seite 249]
5.6.4 - 20.4 Spektralanalyse [Seite 253]
5.6.5 - 20.5 Operationen im Frequenzbereich [Seite 258]
5.6.6 - 20.6 D/A-Wandlung und analoge Nachbearbeitung [Seite 260]
5.6.7 - 20.7 Architektur-Besonderheiten von DSP [Seite 260]
6 - Teil 5: Speicher und Peripherie [Seite 263]
6.1 - 21 Speicherbausteine [Seite 265]
6.1.1 - 21.1 Arten von Speichermedien [Seite 265]
6.1.2 - 21.2 Halbleiter-Speicher [Seite 266]
6.1.3 - 21.3 Statisches und dynamisches RAM [Seite 267]
6.1.4 - 21.4 Speicherorganisation auf Chipebene [Seite 268]
6.1.5 - 21.5 Interfacing und Protokolle [Seite 274]
6.1.6 - 21.6 Speichermodule [Seite 279]
6.1.7 - 21.7 Flash Speicher [Seite 282]
6.2 - 22 Speicherverwaltung [Seite 285]
6.2.1 - 22.1 Programme und Prozesse [Seite 285]
6.2.2 - 22.2 Virtueller Speicher [Seite 286]
6.2.3 - 22.3 Segmentierung und Swapping [Seite 292]
6.2.4 - 22.4 Paging [Seite 293]
6.3 - 23 Datenübertragung und Schnittstellen [Seite 299]
6.3.1 - 23.1 Leitungstheorie [Seite 299]
6.3.2 - 23.2 Serielle und parallele Datenübertragung [Seite 301]
6.3.3 - 23.3 Das OSI-Modell [Seite 303]
6.3.4 - 23.4 Codierung [Seite 306]
6.3.4.1 - 23.4.1 NRZ-Codierung [Seite 306]
6.3.4.2 - 23.4.2 Manchester-Codierung [Seite 307]
6.3.4.3 - 23.4.3 NRZI-Codierung [Seite 309]
6.3.4.4 - 23.4.4 MLT3-Codierung [Seite 309]
6.3.4.5 - 23.4.5 Bit Stuffing, 4B/5B- und 8B/10B-Codierung [Seite 310]
6.3.5 - 23.5 Fehlererkennung und Fehlerkorrektur [Seite 311]
6.3.6 - 23.6 Beispiel USB [Seite 317]
6.4 - 24 Festplatte [Seite 321]
6.4.1 - 24.1 Aufbau [Seite 321]
6.4.2 - 24.2 Datenorganisation [Seite 321]
6.4.3 - 24.3 Partionierung und Formatierung [Seite 322]
6.4.4 - 24.4 Serial-ATA-Schnittstelle [Seite 322]
6.4.5 - 24.5 Performance [Seite 323]
6.4.6 - 24.6 Verfügbarkeit [Seite 323]
6.5 - 25 Optische Datenspeicher [Seite 327]
6.5.1 - 25.1 Standards [Seite 327]
6.5.2 - 25.2 Aufbau [Seite 328]
6.5.3 - 25.3 Verfügbarkeit [Seite 329]
6.5.4 - 25.4 Leseverfahren [Seite 330]
6.5.5 - 25.5 Vermeidung, Erkennung und Korrektur von Fehlern [Seite 331]
7 - Zusammenfassung und Schlussworte [Seite 333]
8 - Literaturverzeichnis [Seite 335]
9 - Antworten zu den Aufgaben [Seite 337]
10 - Index [Seite 387]