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
