Rechnerstrukturen und Rechnerarchitekturen

Der Stoff dieses Lehrbuches basiert auf einer Vorlesung, die seit 1976 rur Studierende der Elektrotechnik und Feinwerktechnik der Fachhochschule Frankfurt a.M. mit zwei und seit 1984 rur den Studiengang Ingenieur-Informatik mit vier Semester-Wochenstun­ den abwechselnd von beiden Autoren gehalten wird. Aufgabe und Ziel dieser Vorlesung ist es, eine Einruhrung und einen Uberblick tiber Aufbau und Arbeitsweise von Rechnersystemen zu geben. Das vorliegende Buch unter­ stUtzt diese Bestrebungen durch die leicht verstandliche Darstellung und die ErHtuterung von schwierigen Sachverhalten durch schematische Abbildungen. Der Stoff ist so angelegt, daB keine speziellen Kenntnisse in Schaltkreiselektronik, Digi­ taltechnik und Programmierung vorausgesetzt werden. Alle Darstellungen tiber Funkti­ onsweisen gehen hinab bis zur Behandlung von "logisch-technischen" Prozessen auf der Ebene der Primlirprozesse 0 und I, ohne daB dabei einschlligiges Wissen tiber die tech­ nologische Realisierung vorhanden sein muB. In der Praxis werden oft Fragen nach der Struktur des "eigenen" Rechners gestellt. Man mochte wissen, welche Vorgange im Rechner ablaufen, wie der Rechner aufgebaut und organisiert ist. Die Grundaufgabe einer Rechenanlage ist die Sammlung, Speicherung, Verarbeitung und Darstellung von Informationen. Urn diese Grundaufgabe auf den verschiedensten An­ wendungsgebieten errullen zu konnen, bedarf es unterschiedlicher Rechner, die durch unterschiedliche GroBe, Struktur und Arbeitsweise gekennzeichnet sind.

Prof. Dr. Bernd Bundschuh und Prof. Dr. Peter Sokolowsky lehren an der Fachhochschule Frankfurt in den Fachbereichen Elektrotechnik und Feinwerktechnik/Ingenieurinformatik. Prof. Sokolowsky lehrt und forscht außerdem am Institut für Informations- und Kommunikationssysteme an der Universität des Saarlandes.

1 Einleitung.- 1.1 Leistungsproblematik heutiger Rechnersysteme.- 1.2 Die Entwurfskriterien der Rechnerarchitekturen.- 1.3 Wichtige Begriffe zu Rechnerarchitekturen.- 1.4 Klassifikation von Rechnerarchitekturen.- 2 Rechenwerk.- 2.1 Zahlendarstellungen.- 2.2 Addierwerke.- 2.3 Subtraktion.- 2.4 Vergleichswerke.- 2.5 Logische Befehle.- 2.6 Ein vollständiger Rechenbaustein.- 2.7 Multiplizierwerke.- 2.8 Division.- 2.9 Gleitkomma-Rechenwerke.- 3 Speicher.- 3.1 Zuverlässigkeit.- 3.2 Halbleiterspeicher.- 3.3 Die magnetomotorischen Speicher.- 3.4 Optischer Speicher.- 3.5 Speicherorganisation, Speicherverwaltung.- 4 Steuerwerk.- 4.1 Befehle und Programmstatus.- 4.2 Grundsätzliche Arbeitsweise des fundamentalen Systems.- 4.3 Adressierungsarten.- 4.4 Operationssteuerung.- 4.5 Programmunterbrechung (Interrupts).- 5 Busse, Eingabe, Ausgabe.- 5.1 Interne Busstrukturen.- 5.2 Eingabe und Ausgabe.- 6 Die Von-Neumann-Architektur.- 6.1 Die physikalischen Strukturen.- 6.2 Das Operationsprinzip.- 6.3 Die Mindestausstattung eines Von-Neumann-Zentralprozessors und ihre Erweiterung.- 6.4 Programmstrukturen und ihre Auswirkungen auf die Prozessorarchitektur.- 7 Nichtsequentielle Rechnerarchitekturen.- 7.1 Klassifikation von nichtsequentiellen Rechnerarchitekturen.- 7.2 Struktur parallel verarbeitender Rechner.- 7.3 Beispiele innovativer Prozessoren.- 7.4 Einige Beispiele innovativer Rechnerkonzepte.- 7.5 Die Architektur der Vektorsuperrechner.- 7.6 Die Architekturen der massiv-parallelen Rechner.- 7.7 Programmiersprachen für parallele Prozesse.- Sachwortverzeichnis.