GRUNDLAGEN DER RECHNERARCHITEKTUR : von der schaltung zum prozessor

Das Buch führt in die Grundlagen der technischen Informatik ein und richtet sich generell an Studierende der MINT-Fächer in den ersten Semestern. Ausgehend von den mathematischen Grundlagen zur Beschreibung und Berechnung logischer Schaltungen wird der komplette Entwurf digitaler Rechenmaschinen beschrieben. Aufbauend auf der Halbleitertechnik und deren Schaltungen führt das Buch in die Grundbegriffe der Rechnerarchitektur anhand einfacher und selbst aufbaubarer Beispiele ein. Liebe Leser, Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Historische Entwicklung von Rechenmaschinen Frank Slomka , Michael Glaß 1.1 Mechanische Rechner 1.2 Elektrische Rechner 1.3 Erste elektronische Rechner 1.3.1 Röhrencomputer 1.3.2 Halbleitercomputer 1.4 Rechner in der Datenverarbeitung 1.4.1 Großrechner von IBM 1.4.2 Minicomputer von DEC 1.5 Die Zahlenfresser: Supercomputer 1.6 Mikrocomputer 1.7 Eingebettete Computer 1.8 Halbleiter und die Entwicklung der Rechenleistung Weiterführende Literatur 2 Arithmetik: Zahlen und Rechnen Frank Slomka 慮搠 Michael Glaß 2.1 Natürliche Zahlen 2.1.1 Darstellung der Zahlen 2.1.2 Zahlensysteme 2.1.3 Arithmetik der natürlichen Zahlen im polyadischen Zahlensystem 2.1.4 Codierung von natürlichen Zahlen im Rechner 2.2 Ganze Zahlen 2.2.1 Darstellung 2.2.2 Arithmetik der ganzen Zahlen 2.2.3 Codierung der ganzen Zahlen im Rechner 2.3 Reelle Zahlen 2.3.1 Dezimalbrüche 2.3.2 Kettenbrüche 2.3.3 Dezimal- und Kettenbrüche irrationaler Zahlen 2.3.4 Maschinenzahlen 2.4 Übertragung und alphanumerische Zeichendarstellung Weiterführende Literatur 3 Mathematische Grundlagen digitaler Schaltungen Frank Slomka 慮搠 Michael Glaß 3.1 Algebraische Betrachtung digitaler Schaltungen 3.2 Boolesche Algebra 3.2.1 Mathematische und strukturelle Grundlagen 3.2.2 Definition und grundlegende Eigenschaften boolescher Algebren 3.2.3 Rechnen in der booleschen Algebra 3.2.4 Ausdrücke und Funktionen 3.2.5 Axiomatisierung der booleschen Algebra 3.3 Schaltalgebra und Schaltfunktionen 3.3.1 Modellierung von Telefonnetzen 3.3.2 Formale Definition und Eigenschaften 3.3.3 Anwendung von Schaltfunktionen 3.3.4 Minimierung von Schaltfunktionen Weiterführende Literatur 4 Digitale Schaltungen Frank Slomka 慮搠 Michael Prof. Dr. Glaß 4.1 Schaltungstechnik 4.1.1 Elektrotechnische Grundlagen 4.1.2 Festkörperelektronik 4.2 Logische Gatter in MOS-Technik 4.2.1 NMOS- und PMOS-Inverter 4.2.2 CMOS-Inverter 4.2.3 CMOS-NAND- und -NOR-Gatter 4.3 Flipflops und Bitspeicher 4.3.1 Flipflops 4.3.2 Transistorzellen 4.4 Speichermatrizen 4.5 Logikfelder 4.5.1 Standardzellen 4.5.2 Maskenprogrammierbare Logik 4.5.3 Speicherprogrammierbare Logik Weiterführende Literatur 5 Elemente der Rechnerarchitektur Frank Slomka , Michael Glaß 5.1 Kombinatorische Schaltungen 5.1.1 Codierer- und Decodierschaltungen 5.1.2 Datenverteiler 5.2 Sequenzielle Schaltungen 5.2.1 Schieberegister 5.2.2 Zähler 5.2.3 Steuerwerke 5.3 Arithmetische Schaltungen 5.3.1 Addierwerk 5.3.2 Addier- und Subtraktionswerk 5.3.3 Arithmetisch-logische Einheit (ALU) 5.4 Speicher 5.4.1 Stapel 5.4.2 Warteschlange 5.4.3 Speicher mit direktem Zugriff 5.4.4 Assoziativspeicher Weiterführende Literatur 6 Rechnerarchitektur Frank Slomka 慮搠 Michael Glaß 6.1 Architektur des Befehlssatzes 6.1.1 Befehl und Programm 6.1.2 Die Architektur und ihre Auswirkung auf den Befehl 6.1.3 Befehlsgruppen 6.1.4 Operandenzugriff und Adressierung 6.1.5 Befehlssatz 6.1.6 Datentypen 6.2 Speichermodell 6.2.1 Adressraumverschränkung 6.2.2 Seitenverwaltung 6.2.3 Segmentverwaltung 6.2.4 Caches 6.2.5 Virtueller Speicher 6.3 Mikroarchitektur 6.3.1 Befehlsausführung 6.3.2 Steuerwerk 6.3.3 Rechenwerk 6.3.4 Mikroarchitektur typischer Maschinen Weiterführende Literatur 7 Programmieren von Maschinen Frank Slomka 慮搠 Michael Glaß 7.1 Programmieren in Hochsprache 7.2 Programme in C 7.3 Programme in Maschinensprache 7.4 Assembler einer universellen Rechenmaschine 7.4.1 Programmierschnittstelle des MIPS 7.4.2 Assembler-Anweisungen 7.5 C-Schablonen für eine universelle Registermaschine 7.5.1 Grundblockgraph 7.5.2 Kontrollstrukturen 7.5.3 Datenstrukturen 7.5.4 Unterprogramme 7.6 Fibonacci in Assembler A Serviceteil Theoreme Definitionen Bildquellenverzeichnis Literatur Stichwortverzeichnis