Aufbau und struktur digitaler rechenanlagen

Aufbau und Struktur digitaler Rechenanlagen     Einführung Rechenarchitektur: Begriffserklärung und Definition Teilbereiche und Ebenen der Rechenarchitekturen Teilbereiche: Struktur, Organisation, Implementierung, Leistung Ebenen: Globale Systeme / Maschinenbefehlsebene / Mikroarchitekturebene Wechselwirkung zu anderen Disziplinen Betriebssysteme, Hardware - Entwurf, Comilerbau / Softwaretechnik, Software Entwurf Aufgabe der Rechenarchitektur Ziele der Rechenarchitekturen   Der klassische Universalrechner nach von Neumann Grundbestandteile und Struktur eines von Neumann-Rechners CPU - Bestandteile u. Struktur Arbeitsweise der CPU Von - Neumann Rechner 1. (SISD), 2. Speicher kontextabhängig, 3. D/B in gleichen Speicher Speicher Folge von addressierbaren Zellen Busse (MAR / MBR), (Adreßbus / Datenbus), Steuerleitung, Speicherbus, E/A Bus I/O Einheit, Interrupt   Das Rechenwerk Addierer Halbaddierer Volladdierer Parallele Datenübertragungslogik BCD-Zahlen   Subtraktion Addition / Subtraktion von Fließkommazahlen   Leistungsbewertung von Rechnern Warum ? Leistungsbewertung   CPI –Leistung   CPU –Performance   1/Durchsatz=Ausführungszeit/Programm=NIT+CPI+CCT   NIT   CCT   MFLOPS =Gleitkommeroperation /Ausführungszeit Speicher – System Bewertungsmodell   Speicherbreite = max. Durchsatzrate   1/ Leistung SBV =CPI*CCT+(Speicherbedarf [S]*Speicherzugriffszeit [TS])   CISC - Prozessor S=8,6 Bytes/Befehl RISC – Prozessor S=4 Bytes/Befehl   Speicherbandbreite [ Bytes / S ]= Leistung [INSTR / S] / S   Adreßpipelining Überlappen von Adressen- und Datenbereitstellung (EDO-RAM) Burstmodus Adresse wird in Cache abgelegt, CPU ließt automatisch die nächsten 4 Bytes in Cache Interleave Memory Speicherverschränkung / paralleles Banking Getrennte Busse für Befehle und Daten Caches zwischen Prozessor und HS   Effizienz von Parallelrechnern   SPEEDUP MIMD ( MULTI INSTRUCTION MULTI DATA) SIMD ( SINGLE INSTRUCTION MULTI DATA) SN= Zeit für serielles Programm / paralleles Programm   Programmabhängiges Leistungsmodell TPROG=NIT*CPI*CCT Leistungsmessung durch Benchmarkprogramme WHETSTONE DRYSTONE LINPACK SPEC – BENCHMARKS Weitere Benchmarks   Evalution, Modelling und Simulation von Rechnern   Hard – und Softwaremonitore Simulationen und verkehrstheoretisches Modell   Steuerwerk und Mikroprogrammierung Aufgaben des Steuerwerkes und prinzipieller Befehlsaufbau Adressierungsmodi Registerstruktur, Befehlsstruktur und Adressierungsarten des Motorola 68020      

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