Eine hochkomplexe Architektur verbirgt sich auf engstem Raum - dem Prozessor. Schritt für Schritt führt der Autor in den grundlegenden Aufbau moderner Rechner ein. Anschaulichkeit und Nachvollziehbarkeit stehen dabei im Vordergrund.
Verbreitete Rechnerarchitekturen, Schaltnetze, arithmetische und logische Operationen gehören ebenso zum Inhalt des Lehrbuchs wie Speichermedien, Schnittstellen oder Multiprozessorsysteme.Das Buch deckt den typischen Stoff einer einführenden Vorlesung zur Rechnerarchitektur an Hochschulen ab. Mit über 120 Aufgaben incl. Lösungen eignet sich das Buch hervorragend für das Selbststudium oder zur Vor- und Nachbereitung einer Vorlesung. Quelle: Verlagstext
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Inhaltsverzeihnis:
Inhaltsverzeichnis
Vorwort V
Teil 1: Grundlagen 1
1 Einleitung 3
1.1 Grundbegriffe 3
1.2 Einheiten 5
1.3 Geschichte 6
1.4 Arten von Computern 8
2 Allgemeiner Aufbau eines Computersystems 15
2.1 Blockdiagramm und grundlegende Abläufe 15
2.2 Detaillierteres Computermodell 18
2.3 Speicher und E/A-Bausteine 19
2.4 Prozessor und Busse 22
2.5 Taxonomien 24
3 Performance und Performanceverbesserung 27
3.1 Angabe der Rechenleistung 27
3.2 Caching 30
3.2.1 Caching beim Lesen von Daten 30
3.2.2 Caching beim Schreiben von Daten 32
3.2.3 Cacheable Area 34
3.2.4 Cache-Hierarchien 34
3.3 Pipelining 37
4 Verbreitete Rechnerarchitekturen 43
4.1 CISC-Architektur 43
4.2 RISC-Architektur 44
4.3 VON-NEUMANN-Architektur 48
4.4 Harvard-Architektur 51
Teil 2: Digitaltechnik 55
5 Grundlegende B00LEsche Verknüpfungen 57
5.1 ßOOLEsche Algebra und Digitaltechnik 57
5.2 Gatter 58
5.2.1 Treiber und Identität 58
5.2.2 Inverter und Negation 61
5.2.3 UND-Gatter und Konjunktion 62
5.2.4 NAND 64
5.2.5 ODER-Gatter und Disjunktion 65
5.2.6 NOR 67
5.2.7 XOR und Antivalenz 68
5.2.8 XNOR und Äquivalenz 69
5.3 Gesetze der ßOOLEschen Algebra 70
6 Komplexere Schaltnetz-Komponenten 73
6.1 Adressdecoder 73
6.2 Multiplexer und Demultiplexer 75
6.2.1 Multiplexer 2:1 75
6.2.2 Demultiplexer 1:2 76
6.2.3 Multiplexer n: 1 77
6.2.4 Demultiplexer l:n 78
6.2.5 Multiplexer m x n:n 80
6.3 Varianten der Schaltzeichen 82
6.4 Digitaler Komparator 84
6.5 Addierer 85
6.6 ALU 85
7 Schaltwerke 87
7.1 RS-Flipflop 87
7.2 Arten von Eingängen 89
7.2.1 Vorrangige Eingänge 89
7.2.2 Taktzustandssteuerung 90
7.2.3 Taktflankensteuerung 91
7.2.4 Asynchrone Eingänge 92
7.3 D-Flipflop 92
7.4 Register und Schieberegister 93
7.5 T-Flipflop 95
7.6 JK-Flipflop 96
7.7 Zähler 97
Teil 3: Arithmetik 99
8 Zahlendarstellung 101
8.1 Vorzeichen-Betrags-Darstellung 102
8.2 Einerkomplement 105
8.3 Zweierkomplement 107
9 Arithmetische und logische Operationen 111
9.1 Arithmetische Operationen 111
9.2 Logische Operationen 112
9.3 Bitoperationen in C und C++ 118
10 Rechnen mit vorzeichenlosen Dualzahlen 119
10.1 Addition und Subtraktion 119
10.2 Multiplikation und Division 122
11 Rechnen in der Vorzeichen-Betragsdarstellung 129
11.1 Addition und Subtraktion 129
11.2 Multiplikation und Division 131
12 Rechnen im Zweierkomplement 133
12.1 Addition und Subtraktion 133
12.2 Multiplikation und Division 136
12.3 Fazit 136
13 Ganzzahl-Rechenwerk 139
13.1 Beispiel-Rechenwerk 140
13.2 Ergänzende Betrachtungen 143
13.3 Beispiel: Addition 147
13.4 Beispiel Multiplikation 150
14 Gleitkommarechenwerk 161
14.1 Darstellung von Gleitkommazahlen 162
14.2 Umwandlung von Dezimalbrüchen in Dualbrüche 165
14.3 Ein Beispiel-Gleitkommarechenwerk 168
14.3.1 Addition und Subtraktion 169
14.3.2 Multiplikation 171
14.3.3 Division 172
Teil 4: Prozessoren 175
15 Maschinensprache 177
16 Steuerwerk 183
17 Mikroprogrammierung 187
17.1 Konzept 187
17.2 Beispiel-Mikroprogrammsteuerung 188
17.3 Befehlssatzentwurf 195
17.4 Erweiterung der Mikroprogrammsteuerung 199
18 Spezielle Techniken und Abläufe im Prozessor 203
18.1 Befehlszyklus 203
18.2 Strategien bei Programmverzweigungen 205
18.3 Out of Order Execution 213
18.4 64-Bit-Erweiterungen 213
18.5 Sicherheitsfeatures 215
19 Multiprozessorsysteme 219
19.1 Ansätze zur Performancesteigerung 219
19.2 Aufwand für Parallelisierung 222
19.3 Topologien 223
19.4 Datenübertragung 225
19.5 Software für Multiprozessorsysteme 227
19.6 Speicherzugriff 228
19.7 Konsistenz 228
20 Digitale Signalprozessoren 233
20.1 Einsatzgebiete 233
20.2 Zeitabhängige Signale und Signalverarbeitungskette 234
20.3 Analoge Vorverarbeitung und A/D-Wandlung 235
20.4 Spektralanalyse 239
20.5 Operationen im Frequenzbereich 244
20.6 D/A-Wandlung und analoge Nachbearbeitung 246
20.7 Architektur-Besonderheiten von DSP 246
Teil 5: Speicher und Peripherie 249
21 Speicherbausteine 251
21.1 Arten von Speichermedien 251
21.2 Halbleiter-Speicher 252
21.3 Statisches und dynamisches RAM 253
21.4 Speicherorganisation auf Chipebene 254
21.5 Interfacing und Protokolle 260
21.6 Speichermodule 265
21.7 Flash Speicher 268
22 Speicherverwaltung 271
22.1 Programme und Prozesse 271
22.2 Virtueller Speicher 272
22.3 Segmentierung und Swapping 278
22.4 Paging 279
23 Datenübertragung und Schnittstellen 285
23.1 Leitungstheorie 285
23.2 Serielle und parallele Datenübertragung 287
23.3 Das OSI-Modell 289
23.4 Codierung 292
23.4.1 NRZ-Codierung 292
23.4.2 Manchester-Codierung 293
23.4.3 NRZI-Codierung 295
23.4.4 MLT3-Codierung 295
23.4.5 Bit Stuffing, 4B/5B- und 8B/10B-Codierung 296
23.5 Fehlererkennung und Fehlerkorrektur 297
23.6 Beispiel USB 303
24 Festplatte 307
24.1 Aufbau 307
24.2 Datenorganisation 307
24.3 Partionierung und Formatierung 308
24.4 Serial-ATA-Schnittstelle 308
24.5 Performance 309
24.6 Verfügbarkeit 309
25 Optische Datenspeicher 313
25.1 Standards 313
25.2 Aufbau 314
25.3 Verfügbarkeit 315
25.4 Leseverfahren 316
25.5 Vermeidung, Erkennung und Korrektur von Fehlern 317
Zusammenfassung und Schlussworte 319
Literaturverzeichnis 321
Antworten zu den Aufgaben 323
Index 373