Das MMIX-Buch

Das vorliegende Buch gibt eine praxisnahe Einführung in die Informatik. Zunächst werden die Grundlagen der Kodierung und der Informationsdarstellung abgehandelt und fundamentale Kontroll- und Datenstrukturen vorgestellt. Anschließend werden Architekturmerkmale von Prozessoren (RISC und CISC) sowie Mechanismen der Systemsteuerung wie Pipelining und Interrupts erläutert. Zum Abschluß erfolgt eine kompakte Beschreibung der wichtigsten Funktionen eines Betriebssystems wie die Organisation von Prozessen und die Speicherverwaltung. Die Darstellung all dieser Konzepte wird dabei anhand des Modellprozessors MMIX gezeigt, der von Donald E. Knuth (Stanford University) in seinem weltweit anerkannten Standardwerk "The Art of Computer Programming" entwickelt wurde. Die Funktionsweise dieses Prozessors wird in einem eigenen Kapitel ausführlich beschrieben. Weiterhin werden die Programmierumgebung des MMIX und seine Assemblersprache MMIXAL in ergänzenden Anhängen des Grundtextes zusammengestellt. Dieses Lehrbuch eignet sich hervorragend zum Selbststudium. Neben der Vermittlung von Grundlagenwissen steht insbesondere die Wechselwirkung von Programmierung und Rechneraufbau im Vordergrund.

1. Einführung.- 1.1 Computer.- 1.2 Die Hardware-Software-Schnittstelle.- 1.3 Das klassische Computermodell.- 1.4 Warum MMIX?.- 2. Darstellung von Information - Codierung und Zahlensysteme.- 2.1 Information, Daten und Nachricht.- 2.2 Codierung.- 2.3 Zahlensysteme.- 2.4 Negative Zahlen.- 2.5 Byte als Maß für die Speicherkapazität.- 3. Einführung in MMIX.- 3.1 Der MMIX-Prozessor.- 3.2 Speicherzugriff.- 3.3 Arithmetik mit MMIX.- 3.4 Einfache Ein- und Ausgabe.- 3.5 Symbole zur Erhöhung der Lesbarkeit eines Programms.- 4. Sprungbefehle und Kontrollstrukturen.- 4.1 Unbedingte Sprünge.- 4.2 Bedingte Verzweigungen.- 4.3 Kontrollstrukturen.- 4.4 Bedingte Zuweisungen.- 5. Unterprogramme.- 5.1 Einführung.- 5.2 Unterprogrammaufrufe mit GO.- 5.3 Der Stack.- 5.4 Exkurs: Präfix und lokale Symbole.- 5.5 Der Registerstack.- 6. Datenstrukturen.- 6.1 Bit.- 6.2 Adressen und Zeiger.- 6.3 Gleitkommazahlen.- 6.4 Zusammengesetzte Datentypen.- 6.5 Abstrakte Datentypen.- 6.6 Anwendung: Bitmap-Grafiken erzeugen und bearbeiten.- 7. Ablaufsteuerung.- 7.1 Steuerwerk und Befehlszyklus.- 7.2 Adressierungsarten.- 7.3 RISC und CISC.- 7.4 Pipelining.- 7.5 Interrupts.- 8. Betriebssystem.- 8.1 Speicherverwaltung.- 8.2 Betriebssystemaufrufe.- 8.3 Prozesse.- A. Liste der Befehle.- B. Liste der Programme.- c. Programmieren mit MMIX.- C.1 Die Programmierumgebung zum Laufen bringen.- C.1.1 Die ausführbaren Dateien herunterladen.- C.1.2 Die Programmierumgebung selbst übersetzen.- C.2 Versuche.- D. Meldungen von mmixal und mmix.- D.1 Warnungen von mmixal.- D.2 Fehlermeldungen von mmixal.- D.3 Meldungen von mmix.- E. Zusammenfassung der Assemblersprache MMIXAL.- E.1 Einfache Elemente.- E.2 Ausdrücke.- E.3 Instruktionen.- F. Lösung ausgewählter Übungsaufgaben.