DHBW_AI_16/Rechnerarchitektur_Roethig
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Andre Meyering 2017-11-25 15:44:11 +01:00
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Kapitel/01_Einstieg.tex
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@ -7,10 +7,10 @@
\end{tabular}
\section{Digitaltechnik (Vorlesung)}
\section{Rechnerarchitektur (Vorlesung)}
\begin{itemize}[noitemsep]
\item 36h/33h / 4h pro Woche
\item 36h/33h: 4h pro Woche
\item Klausur: 21.12.2017 | 60min (ohne Hilfsmittel, Verrechnung mit Betriebssysteme)
\item kein Skript, kein Foliensatz
\end{itemize}

47
Kapitel/02_Rechner.tex
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@ -1,8 +1,9 @@
\chapter{Rechner}
Hilfsmittel zum Durchführen von \enquote{Rechnungen}.
\columnratio{0.55}
\begin{paracol}{2}
\textsf{\textbf{Rechner}} \newline
Hilfsmittel zum Durchführen von \enquote{Rechnungen}.
\textsf{\textbf{Rechner}}
\begin{itemize}[noitemsep]
\item schneller
\item fehlerfreier
@ -10,7 +11,6 @@
\end{itemize}
\switchcolumn
\textsf{\textbf{Rechenmaschine}}
\begin{itemize}[noitemsep]
\item Abakus (mechanisch, digital)
@ -39,20 +39,20 @@ Man unterscheidet zwischen \enquote{mechanisch vs elektrisch} und \enquote{digit
\item[$\ominus$] großer Verschleiß
\end{itemize}
\item[ENIAC] (\circa{1945}) \newline
\item[\acf{ENIAC}] (\circa{1945}) \newline
Die \acs{ENIAC} besitzt als zentrales Bauteil eine Elektronenröhre. Eine Elektronenröhre ist ein eigentlich analog arbeitender Verstärker, wird hier aber als digitaler Schalter genutzt. Die Funktionsweise wird in \autoref{fig:elektronenstrahlroehre} dargestellt, wobei die Kathode negativ und die Anode positiv geladen sind.
\begin{itemize}[noitemsep]
\item[$\oplus$] sehr hohe Geschwindigkeit
\item[$\oplus$] (sehr) hohe Geschwindigkeit
\item[$\ominus$] großer Platzverbrauch
\item[$\ominus$] ständiges Summen bei $50Hz$ oft möglich
\item[$\ominus$] ständiges Summen bei $50Hz$ oft möglich und hörbar
\item[$\ominus$] hoher, ständiger Energieverbrauch
\item[$\ominus$] großer Verschleiß
\end{itemize}
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=11cm]{Bilder/800px-Cathode_ray_tube_de.png}
\includegraphics[width=9.4cm]{Bilder/800px-Cathode_ray_tube_de.png}
\caption{Funktionsweise Kathodenstrahlröhre [Quelle: \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Kathodenstrahlr\%C3\%B6hre}{Wikipedia}]}
\label{fig:elektronenstrahlroehre}
\end{figure}
@ -79,12 +79,13 @@ In \autoref{fig:neumann_architektur} wird die von-Neumann-Architektur vereinfach
\item[Zentraleinheit (\acs{CPU})] Die CPU besteht aus:
\begin{description}
\item[Rechenwerk] Rechnen mit Zahlen und logischen Werten
\item[Steuerwerk] Zuständig für das Steuern und Koordinieren aller anderen Komponenten $\Rightarrow$ Interpretation und Ausführung des (Maschinensprachen-)Programms
\item[Steuerwerk] Zuständig für das Steuern und Koordinieren aller anderen Komponenten \newline
$\Rightarrow$ Interpretation und Ausführung des (Maschinensprachen-)Programms
\end{description}
\item[Speicherwerk] (Hauptspeicher, Primärspeicher) \newline
Speichern von Informationen (sowohl Programmcode als auch Nutzdaten gleichermaßen)
Speichern von Informationen (sowohl Programmcode als auch Nutzdaten \textit{gleichermaßen})
\item[Bus] verbindet alle Komponenten und ermöglicht den Informationsaustausch/Datenfluss zwischen ihnen.
\item[Eingabewerk] \enquote{Schnittstelle} für Eingabegeräte (\zB USB-Controller, S-ATA-Controller) nicht jedoch das Peripheriegerät selbst (also nicht die Tastatur)
\item[Eingabewerk] \enquote{Schnittstelle} für Eingabegeräte (\zB USB-Controller, S-ATA-Controller). Es ist jedoch nicht das Peripheriegerät selbst (also nicht die Tastatur) gemeint.
\item[Ausgabewerk] \enquote{Schnittstelle} für Ausgabegeräte (\zB Grafikkarte)
\end{description}
@ -159,31 +160,31 @@ Dadurch ist eine klare physikalische Trennung von Programmcode und Nutzdaten mö
$\ominus$ & Virenanfälligkeit: Nutzdaten können als Programm ausgeführt werden
& $\oplus$ & nahezu immun gegen unabsichtlichen Virenbefall
\\
\\[1.5ex]
$\oplus$ & universelle Programmierbarkeit \newline (\zB Compiler-Ausgabe wird als Programme ausgeführt)
$\oplus$ & universelle Programmierbarkeit \newline (\zB Compiler-Ausgabe wird als Programm ausgeführt)
& $\oplus$ & keine (unbeabsichtigten oder ungewollten) Änderungen an der Betriebssoftware möglich
\\
\\[1.5ex]
$\oplus$ & flexible Speicheraufteilung zwischen Programmcode und Daten
& $\ominus$ & komplexer und teurer (durch 2 Bus und ggf. 2 Eingabewerke)
\\
\\[1.5ex]
$\ominus$ & möglicher Flaschenhals Bus \& Speicherwerk
& $\ominus$ & schwer update-fähig
\\
\\[1.5ex]
$\oplus$ & kostengünstig
& $\oplus$ & bessere Performance möglich durch gleichzeitigen Zugriff auf beide Speicherwerke
\\
\\[1.5ex]
&
& $\ominus$ & ohne zweites Eingabewerk keine Möglichkeit anderen Programmcode auszuführen.
\\
& $\ominus$ & ohne zweites Eingabewerk gibt es keine Möglichkeit anderen Programmcode auszuführen.
\\[1.5ex]
&
& $\ominus$ & unflexible Aufteilung des Speichers, wenn das eine Speicherwerk voll ist, kann das andere Speicherwerk nicht genutzt werden.
\\
& $\ominus$ & unflexible Aufteilung des Speichers: wenn das eine Speicherwerk voll ist, kann das andere Speicherwerk nicht genutzt werden.
\\[1.5ex]
\end{tabular}
\hspace*{-7mm}
@ -191,13 +192,13 @@ Dadurch ist eine klare physikalische Trennung von Programmcode und Nutzdaten mö
\multicolumn{4}{c}{\textbf{Einsatz}} \\
\midrule
\textbullet & übliche PC-Architektur -- \enquote{Universal-PC}
\textbullet & übliche \acs{PC}-Architektur -- \enquote{Universal-PC}
& \textbullet & \enquote{embedded systems} (\zB in Waschmaschinen, KFZ-Elektronik, etc.)
\\
\\[1.5ex]
&
& \textbullet & Smartphones \& Co.
\\
\\[1.5ex]
&
& \textbullet & Bestandteile von \acsp{PC}: BIOS, \acs{CPU}-Cache in modernen \acsp{CPU} (Trennung in Cache für Programmcode und Nutzdaten), NX-Flag (Non-Executable) im Hauptspeicher