Mikrorechner-Systeme

Durch den vielfältigen Einsatz von Mikroprozessoren wurde die Digitaltechnik zu einer Mischung aus Hard- und Software, bei der ein Entwickler nicht nur die geeignete Hardware auswählen und aufbauen, sondern auch ihre Programmierung übernehmen muß. Somit wird die historische Trennung zwischen Hard- und Software immer weiter aufgehoben, und von Studenten der Informatik und der Elektrotechnik wird vertieftes Wissen auf beiden Gebieten verlangt. Thema dieses Buches sind die Mikrorechner-Systeme, aus Mikroprozessoren aufgebaute universell programmierbare Digitalrechner, deren Leistungsfähigkeit bis in den Minicomputerbereich hineinreicht. Während ihre Architektur weitgehend den Grundprinzipien von Großrechenanlagen entspricht, sind sie im wesentlichen aus kostengünstigen, hoch- und höchstintegrierten Halbleiterbausteinen aufgebaut. Da sie modular an verschiedenste Problemstellungen anpaßbar sind, haben sie die Realisierung vieler elektronischer Anwendungen vereinfacht oder erst ermöglicht. In allen Kapiteln werden in Fallstudien spezielle Mikroprozessoren und Bausteine beschrieben, z.B. die gängigen Mikroprozessorfamilien von Intel und Motorola. Im Vordergrund der Darstellung steht dabei das allen Realisierungen Gemeinsame: die verschiedenen Konzepte und Entwicklungsstrategien, aber auch wesentliche Unterschiede sowie Vor- und Nachteile der beschriebenen Lösungsmöglichkeiten. Das Buch entstand aus einem Kurs an der Fernuniversität Hagen. Es richtet sich hauptsächlich and Studenten der Fachrichtungen Informatik und Elektrotechnik an wissenschaftlichen Hochschulen und Fachhochschulen. Durch die gründliche Darstellung mit regelmäßig eingestreuten Selbsttestaufgaben ist das Buch auch zum Selbststudium besonders geeignet.

1. Mikroprozessoren.- 1.1 Aufbau eines Digitalrechners.- 1.2 Erklärung wichtiger Begriffe.- 1.3 Entwicklungsgeschichte der Mikroprozessor-Technik.- 1.4 Prinzipieller Aufbau eines Mikroprozessors.- 1.5 Das Steuerwerk.- 1.6 Das Rechenwerk.- 1.7 Der Registersatz.- 1.8 Das Adreßwerk.- 1.9 Das interne Bussystem.- 1.10 Die Systembus-Schnittstelle.- 1.11 Die Abarbeitung eines Befehls.- 1.12 Die Behandlung von Ausnahme-Situationen.- 1.13 Datentypen und Datenformate.- 1.14 Befehlssätze.- 1.15 Adressierungsarten.- 1.16 Realisierung eines Befehlssatzes auf Maschinensprache-Ebene.- 1.17 Exkurs: RISC-Prozessoren.- 2. Arithmetik-Prozessoren.- 2.1 Allgemeines über Hilfsprozessoren.- 2.2 Gleitpunkt-Arithmetik.- 2.3 Architektur von Arithmetik-Prozessoren.- 2.4 Datentypen und Befehlssätze von Arithmetik-Prozessoren.- 3. Aufbau und Organisation des Arbeitsspeichers.- 3.1 Wichtige Begriffe.- 3.2 Klassifizierung von Halbleiterspeichern.- 3.3 Einfache Grundlagen über Halbleiter-Bauelemente.- 3.4 Aufbau von Speicherzellen.- 3.5 Organisation von Speicherbausteinen.- 3.6 Organisation des Arbeitsspeichers.- 3.7 Direkter Speicherzugriff.- 3.8 Cache-Speicher.- 4. Speicher- und Prozeßverwaltung.- 4.1 Einleitung.- 4.1.3 Spezielle Aufgaben von Betriebssystemen.- 4.2 Einführung in die Speicherverwaltung.- 4.3 Segmentorientierte Speicherverwaltung.- 4.4 Seitenorientierte Speicher-Verwaltung.- 4.5 Schutzmechanismen.- 4.6 Prozeßwechsel.- 4.7 Kommunikation zwischen Prozessen.- 4.8 Ausnahmebehandlung.- 5. System-Steuerbausteine und Schnittstellen-Bausteine.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Bus-Arbiter.- 5.3 Interrupt-Controller.- 5.4 Zeitgeber-/Zähler-Bausteine.- 5.5 Bausteine für parallele Schnittstellen.- 5.6 Bausteine für asynchrone, serielle Schnittstellen.- 5.7 Bausteine für synchrone, serielleSchnittstellen.- 5.8 Bausteine zur Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandlung.- 6. Plattenspeicher-Systeme.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Format und Verwaltung einer Speicherplatte.- 6.3 Die Aufzeichmingsverfahren.- 6.4 Aufbau eines Floppy-Disk-Systems.- 6.5 Aufbau eines Festplatten-Speichersystems.- 6.6 Fehlerbehandlung bei Plattenspeicher-Systemen.- 7. Bildschirm-Geräte.- 7.1 Der Bildaufbau.- 7.2 Aufbau eines Graphiksystems.- 7.3 Fallstudie: Der Graphik-Controller HD63484.- 7.4 D/A-Wandler für Bildschirm-Geräte.- 7.5 Realisierung eines Bildschirmspeichers.- Lösungen der Selbsttestaufgaben.