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E-Book

Rechnerarchitektur

Einführung in den Aufbau moderner Computer

AutorRoland Hellmann
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2013
Seitenanzahl394 Seiten
ISBN9783486720020
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis29,80 EUR
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. 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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Teil 1: Grundlagen15
1 Einleitung17
1.1 Grundbegriffe17
1.2 Einheiten19
1.3 Geschichte20
1.4 Arten von Computern22
2 Allgemeiner Aufbau eines Computersystems29
2.1 Blockdiagramm und grundlegende Abläufe29
2.2 Detaillierteres Computermodell32
2.3 Speicher und E/A-Bausteine33
2.4 Prozessor und Busse36
2.5 Taxonomien38
3 Performance und Performanceverbesserung41
3.1 Angabe der Rechenleistung41
3.2 Caching44
3.2.1 Caching beim Lesen von Daten44
3.2.2 Caching beim Schreiben von Daten46
3.2.3 Cacheable Area48
3.2.4 Cache-Hierarchien48
3.3 Pipelining51
4 Verbreitete Rechnerarchitekturen57
4.1 CISC-Architektur57
4.2 RISC-Architektur58
4.3 VON-NEUMANN-Architektur62
4.4 Harvard-Architektur65
Teil 2: Digitaltechnik69
5 Grundlegende BOOLEsche Verknüpfungen71
5.1 BOOLEsche Algebra und Digitaltechnik71
5.2 Gatter72
5.2.1 Treiber und Identität72
5.2.2 Inverter und Negation75
5.2.3 UND-Gatter und Konjunktion76
5.2.4 NAND78
5.2.5 ODER-Gatter und Disjunktion79
5.2.6 NOR81
5.2.7 XOR und Antivalenz82
5.2.8 XNOR und Äquivalenz83
5.3 Gesetze der BOOLEschen Algebra84
6 Komplexere Schaltnetz-Komponenten87
6.1 Adressdecoder87
6.2 Multiplexer und Demultiplexer89
6.2.1 Multiplexer 2:189
6.2.2 Demultiplexer 1:290
6.2.3 Multiplexer n:191
6.2.4 Demultiplexer 1:n92
6.2.5 Multiplexer m × n:n94
6.3 Varianten der Schaltzeichen96
6.4 Digitaler Komparator98
6.5 Addierer99
6.6 ALU99
7 Schaltwerke101
7.1 RS-Flipflop101
7.2 Arten von Eingängen103
7.2.1 Vorrangige Eingänge103
7.2.2 Taktzustandssteuerung104
7.2.3 Taktflankensteuerung105
7.2.4 Asynchrone Eingänge106
7.3 D-Flipflop106
7.4 Register und Schieberegister107
7.5 T-Flipflop109
7.6 JK-Flipflop110
7.7 Zähler111
Teil 3: Arithmetik113
8 Zahlendarstellung115
8.1 Vorzeichen-Betrags-Darstellung116
8.2 Einerkomplement119
8.3 Zweierkomplement121
9 Arithmetische und logische Operationen125
9.1 Arithmetische Operationen125
9.2 Logische Operationen126
9.3 Bitoperationen in C und C++132
10 Rechnen mit vorzeichenlosen Dualzahlen133
10.1 Addition und Subtraktion133
10.2 Multiplikation und Division136
11 Rechnen in der Vorzeichen-Betragsdarstellung143
11.1 Addition und Subtraktion143
11.2 Multiplikation und Division145
12 Rechnen im Zweierkomplement147
12.1 Addition und Subtraktion147
12.2 Multiplikation und Division150
12.3 Fazit150
13 Ganzzahl-Rechenwerk153
13.1 Beispiel-Rechenwerk154
13.2 Ergänzende Betrachtungen157
13.3 Beispiel: Addition161
13.4 Beispiel Multiplikation164
14 Gleitkommarechenwerk175
14.1 Darstellung von Gleitkommazahlen176
14.2 Umwandlung von Dezimalbrüchen in Dualbrüche179
14.3 Ein Beispiel-Gleitkommarechenwerk182
14.3.1 Addition und Subtraktion183
14.3.2 Multiplikation185
14.3.3 Division186
Teil 4: Prozessoren189
15 Maschinensprache191
16 Steuerwerk197
17 Mikroprogrammierung201
17.1 Konzept201
17.2 Beispiel-Mikroprogrammsteuerung202
17.3 Befehlssatzentwurf209
17.4 Erweiterung der Mikroprogrammsteuerung213
18 Spezielle Techniken und Abläufe im Prozessor217
18.1 Befehlszyklus217
18.2 Strategien bei Programmverzweigungen219
18.3 Out of Order Execution227
18.4 64-Bit-Erweiterungen227
18.5 Sicherheitsfeatures229
19 Multiprozessorsysteme233
19.1 Ansätze zur Performancesteigerung233
19.2 Aufwand für Parallelisierung236
19.3 Topologien237
19.4 Datenübertragung239
19.5 Software für Multiprozessorsysteme241
19.6 Speicherzugriff242
19.7 Konsistenz242
20 Digitale Signalprozessoren247
20.1 Einsatzgebiete247
20.2 Zeitabhängige Signale und Signalverarbeitungskette248
20.3 Analoge Vorverarbeitung und A/D-Wandlung249
20.4 Spektralanalyse253
20.5 Operationen im Frequenzbereich258
20.6 D/A-Wandlung und analoge Nachbearbeitung260
20.7 Architektur-Besonderheiten von DSP260
Teil 5: Speicher und Peripherie263
21 Speicherbausteine265
21.1 Arten von Speichermedien265
21.2 Halbleiter-Speicher266
21.3 Statisches und dynamisches RAM267
21.4 Speicherorganisation auf Chipebene268
21.5 Interfacing und Protokolle274
21.6 Speichermodule279
21.7 Flash Speicher282
22 Speicherverwaltung285
22.1 Programme und Prozesse285
22.2 Virtueller Speicher286
22.3 Segmentierung und Swapping292
22.4 Paging293
23 Datenübertragung und Schnittstellen299
23.1 Leitungstheorie299
23.2 Serielle und parallele Datenübertragung301
23.3 Das OSI-Modell303
23.4 Codierung306
23.4.1 NRZ-Codierung306
23.4.2 Manchester-Codierung307
23.4.3 NRZI-Codierung309
23.4.4 MLT3-Codierung309
23.4.5 Bit Stuffing, 4B/5B- und 8B/10B-Codierung310
23.5 Fehlererkennung und Fehlerkorrektur311
23.6 Beispiel USB317
24 Festplatte321
24.1 Aufbau321
24.2 Datenorganisation321
24.3 Partionierung und Formatierung322
24.4 Serial-ATA-Schnittstelle322
24.5 Performance323
24.6 Verfügbarkeit323
25 Optische Datenspeicher327
25.1 Standards327
25.2 Aufbau328
25.3 Verfügbarkeit329
25.4 Leseverfahren330
25.5 Vermeidung, Erkennung und Korrektur von Fehlern331
Zusammenfassung und Schlussworte333
Literaturverzeichnis335
Antworten zu den Aufgaben337
Index387

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