Bussystems
Synchroner Systembus |
Semi-Synchroner Systembus |
Asynchroner Systembus |
Alle Vorgänge synchron zum Takt nach einem starren Muster ablaufen. |
Bus ist immer noch synchron, die Dauer eines Buszyklus ist jedoch nicht mehr fest, sondern in Vielfachen von Taktzyklen variierbar. |
Vollständig asynchroner Übertragungsablauf, Anschluss von Komponenten mit fast beliebiger Zugriffszeit möglich. (Handshake-Protokolle) |
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Die meisten modernen Mikroprozessoren |
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Systembausteine (programmierbare Systemsteuerbausteine und Schnittstellenbausteine) in einem Mikrorechner
Adressierungstechniken |
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Speicherbezogene Adressierung (Memory Mapped I/O) |
Isolierte Adressierung (Isolated IO) |
Der Adressblock wird in einem gemeinsamen Adressraum mit allen anderen Speicheradressen untergebracht (680XX, RISC) |
Zwei getrennte Adressräume für Speicher und I/O |
Ursachen für Ausnahmebehandlungen |
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Prozessorexterne Ursachen |
Prozessorinterne Ursachen |
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Zum Programmablauf asynchron. Werden durch die Hardware erzeugt. Interrupts. |
Zum Programmablauf synchron. Werden durch die Software erzeugt. Traps. |
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Interrupts |
Traps |
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Nicht maskierbare Interrupts (NMI) |
Maskierbare Interrupts |
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Werden nach Abschluss des gerade ausgeführten Befehls unbedingt durchgeführt. |
Werden nur dann ausgeführt, wenn im Steuerregister des Prozessors das InterruptEnable Flag (IE-Bit) gesetzt ist. |
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V erschiedenes
Y-Diagramm:
Das Y-Diagramm ist eine Darstellung der unterschiedlichen Ebenen des Entwurfs. Dabei wird der Abstraktionsgrad eines Entwurfs in so genannten Entwurfsebenen dargestellt. Die verschiedenen Repräsentationen eines Entwurfs auf einer Ebene sind als drei prinzipiell unterschiedliche Sichten (funktionell, strukturell, physikalisch) dargestellt.
Von Neumann Architektur |
Havard Architektur |
Gemeinsamer Programm und Datenspeicher |
Getrennter Programm und Datenspeicher |
CICS (Complex Instruction Set Computers) |
RICS (Reduced Instruction Set Computers) |
Komplexe Befehle, Ausführung in mehreren Taktzyklen Wenig Pipelining Befehlsformat variabler Länge Einfacher Registersatz |
Einfache Befehle, Ausführung in einem Taktzyklen Intensives Pipelining Alle Befehle mit fester Länge Mehrere Registersätze Durchschnittlich einer Befehlsausführung pro Takt – Superskalarität |
Addierer |
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Halbaddierer |
Volladdierer |
Carry Ripple Addierer |
Carry-lookahead Addierer |
Mit einem Halbaddierer kann man zwei einstellige Binärzahlen addieren |
Ein Volladdierer berücksichtigt den Übertrag der vorhergehenden Stellen. Hat noch einen Eingang für den Übertrag |
Besteht aus einem Halbaddierer und n-1 Volladdierern Ergebnis der Addition einer Stelle ist erst dann gültig, wenn der Übertrag aus der vorhergehenden Stelle berechnet ist |
Die Additionszeit ist unabhängig von der Stellenzahl Berechnung des Übertrags in allen Stufen sofort |
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Programmierbare Schaltnetze |
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PLA (Programmable Logic Array) |
PAL (Programmable Array Logic) |
Im Unterschied zum ROM werden bei PLA eingangsseitig nicht Minterme, sondern Primimplikanten der Minimalüberdeckung erzeugt |
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ODER – Matrix personalisiert, UND – Matrix programmierbar |
UND – Matrix personalisiert, ODER – Matrix programmierbar |
Spezielle Schaltwerksbausteine |
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Register |
Schieberegister |
Zähler |
Programmierbare Schaltwerke |
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Lineare Anordnung von Flipflops zur Speicherung mehrerer Bits |
Kette von in Reihe geschalteten Registern oder D-Flipflops
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Asynchronzähler zu langsam und Synchronzähler zu aufwendig: Kleinere Einheiten partitionieren (synchron) Teilzähler asynchron verkoppeln
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Maskenprogrammierbare Gate-Arrays (MPGA) |
Application-Specific Gate-Arrays (ASIC) |
+ Allgemeine Struktur auch für die Realisierung großer Schaltungen - Längere Fertigungszeiten - Höhere Grundkosten |
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Hauptaufgaben von Betriebssystemen:
Betriebsmittelverwaltung (resource management)
Auftragsverwaltung (task management)
Speicherverwaltung (memory management)
Direct Memory Access (DMA): eine Zugriffsart, die über ein Bussystem direkt auf den Speicher zugreift (die Datenübertragung wird hardwaremäßig ausgeführt). Prozessor wird entlastet und kann andere Aufgaben tun.