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Prof. G. Staib
KA – Rechnerarchitektur II ____________________________________________________________________________________________
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KA.R.2.2.1Juli-01
Aktuelles
Computer Viren
Aufbau und Grundlagen von Rechenanlagen
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KA.R.2.2.2Juli-01
Virenschutz•Virenarten
•Bootviren•Makroviren•Trojaner
•Eindringart•E-mail (Attachement)•Download•Installation•Programme
•Abwehr•Mail-scan•Virenschutzprogramme (residente und temporäre)•Keine unbekannte Software
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KA.R.2.2.3Juli-01
Virenschutz• Tips
1. E-mail programme ohne starke Kopplung an das Betriebssystem2. Keine unbekannten Attachements öffnen3. Bei grassierendem Virus – Achtung Abkömmlinge4. Organisatorische Maßnahmen zur Warnung (z.B. Telefon, Zettel)5. Regelmäßige BackUps und/ oder Ausdrucke6. Windows Scripting Host entfernen
• Beispiele (LoveLetter – I Love You)• Kritische Dateien haben die Endung .vbs• Win32dll.vbs• LOVE-LETTER-FOR-YOU.TXT.vbs
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KA.R.2.2.4Juli-01
Vorlesungsübersicht Teil I
•Einteilung von Betriebssystemen
•Resourcenverteilung
•Prozeßverteilung
•Prozeßkommunikation
•Memorymanagement
•Ereignissteuerung
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KA.R.2.2.5Juli-01
Begriffe•Adressen / Adressraum
•Logische Adressen / Logischer Adressraum•Physische Adressen / Phys. Adressraum•Virtueller Adressraum
•Page / Seite / Segment•Selector / Descriptor•Swapping / Paging / Auslagerung•Memory Management / MMU
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KA.R.2.2.6Juli-01
Interrupt
Aufbau und Grundlagen von Rechenanlagen
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KA.R.2.2.7Juli-01
Interrupt (Unterbrechung)
• Software-Interrupt• Programme erzeugen Unterbrechung
• Hardware – Interrupt• Geräte erzeugen Unterbrechung
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KA.R.2.2.8Juli-01
Interrupt (Unterbrechung)
• Netzkarte meldet sich• Modem• Festplattenzugriffe notwendig• Tastatur, Maus• Schnittstellen
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KA.R.2.2.9Juli-01
Interrupt (Unterbrechung)
• Kontroller empfängt die Meldung• System entscheidet über Zulässigkeit• Laufendes Programm wird unterbrochen
(Zustand wird zuvor gespeichert)
• Interruptprogramm wird abgearbeitet• „Altes“ Programm wird wieder aufgenommen
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KA.R.2.2.10Juli-01
Eintreffen mehrerer Interrupts
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KA.R.2.2.11Juli-01
Vorlesungsübersicht Teil II
• Peripherie• Fehlertolerante Systeme
• Raidsysteme
• Datenspeicher im Netzwerk
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KA.R.2.2.12Juli-01
Fehlertolerante Systeme
Was sind fehlertolerante Syteme?
1. Fehler und SicherheitSicherheitVerfügbarkeitZuverlässigkeit
2. FehlerbekämpfungVorbeugungBegrenzungBehebung
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KA.R.2.2.13Juli-01
Fehlertolerante Systeme
Was sind fehlertolerante Syteme?
3. Fehler im EDV-BereichHardwarefehlerSoftwarefehlerBedienerfehler
4. Statische Redundanz
5. Dynamische RedundanzStand byFail soft
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KA.R.2.2.14Juli-01
Fehlertolerante Systeme
Technische Redundanzen
1. GerätedopplungHardwarefehlerSoftwarefehlerBedienerfehler
2. Umschaltung
3. Alternativgeräte
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KA.R.2.2.15Juli-01
Festplatten / CD / DVD
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KA.R.2.2.16Juli-01
Peripherie
• CD-ROM
• DVD
• Festplatten
• Fehlertolerante Systeme
• RAID – Systeme
• Andere Speicherarten
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KA.R.2.2.17Juli-01
Peripherie: CD-ROM / CD-RAnschluß an IDE-Bus (ATAPI) oder SCSI-Bus
Pit – gebrannte StelleLand – ungebrannte Stelle
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KA.R.2.2.18Juli-01
Peripherie: CD-ROM / CD-R• Abtasten der Scheiben mit Laserlicht (0,78 Mikron)• Schreiben von der Mitte nach Außen• 22188 Umdrehungen für die gesamte Spirale (5,6 km Länge)• Drehzahl 530 UpM (innen) bis 200 UpM (außen) (Standard)• 1984 begann Philips mit der Speicherung von Computerdaten auf CD (Yellow Book)• 75/ Sektoren/s bei Single Speed
• 153.600 Byte/s im Modus 1• 175.200 Byte/s im Modus 2
• Laufwerke mit höherer Geschwindigkeit sind mit dem entsprechende Faktor umzurechnen• Musik-CD (Laufzeit = 650 MByte / (153.600 * 60) Byte/min = 74 Minuten)
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KA.R.2.2.19Juli-01
Peripherie: DVD (Digital Versatile Disk) Ursprünglich – Digital Video Disk
• Engere Spirale
• Kleinere Pits (074 Mikron gegenüber 1,6 bei CD)
• Roter Laser (0,65 Mikron)
• Single-Sided / Single-Layer – 4,7 GB
• Single-Sided / Dual-Layer – 8,5 GB
• Double-Sided / Single-Layer – 9,4 GB
• Double-Sided / Dual-Layer – 17 GB
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KA.R.2.2.20Juli-01
Grundbegriffe von Dateisystemen
•SektorenZusammenhängender „Block“ (z.B. 512 Byte)
•ClusterZusammenfassung von Sektoren (z.B. 4 Sektoren)mind. 1 Cluster je Datei
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KA.R.2.2.21Juli-01
Grundbegriffe von Datenträgern (Disk)
•SektorenZusammenhängender „Block“ (z.B. 512 Byte)
•ZylinderAnzahl von Sektoren je „Einzelplatte“
•KöpfeAnzahl der Schreib / Leseköpfe („Einzelplatten“)
•Track„Spuren
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KA.R.2.2.22Juli-01
Peripherie: Festplatten• IDE (AT, IDE, EIDE)
• 2 Ports zu je 2 Geräten (Platten oder CD-ROM)• Kabellänge stark begrenzt
• SCSI (Standard, Fast, Wide, UltraWide)• 7 bzw. 15 Geräte + Controller• größere Kabellänge• schnelle Übertragung
Aufbau und Grundlagen von Rechenanlagen
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KA.R.2.2.23Juli-01
SCSI
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KA.R.2.2.24Juli-01
SCSI
Small Computer System Interface. Allgemeine Bezeichnung für SCSI-
1 bis -3 und CCS (Common Command Set). SCSI ist ein Bus (Kanal)
vorwiegend zum Anschluss von Peripheriegeräten an Rechner/Server.
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KA.R.2.2.25Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-SystemePatterson u.a. hatten 1988 die Ideezu einer parallelen Verarbeitung bei Festplatten:
Redundant Array of Inexpensive Disks (redundante Anordnung billiger Festplatten)
Heute als RAID bezeichnet:
RAID = Redundant Array of Independent Disks (redundante Anordnung unabhängiger Festplatten)
Gegenstück: SLED - Single Large Expensive Disk (große und teure Einzelfestplatte)
Mehrere SCSI – Festplatten werden über einen RAID-Controller an den Rechner
angeschlossen und erscheinen diesem wie eine große Festplatte.
Durch Verteilung der Daten über die Einzelplatten ist Parallelbetrieb möglich.
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KA.R.2.2.26Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-Systeme6 Ebenen (Level) mit untergeordneten Ebenen (keine hierarchischen Ebenen)
RAID – Level 0
Stripping – Verfahren / Besonders für große Datenabfragen (Keine
Redundanz also kein RAID im Sinne der Definition.)
Bei Ausfall einer Platte sind alle Daten verloren.
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KA.R.2.2.27Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-Systeme
RAID – Level 1 / Alle Platten werden dupliziert
(Beim Schreiben wird jeder Streifen 2 mal geschrieben / Beim Lesen können
beide Kopien verwendet werden – Leseleistung kann also doppelt so hoch
sein)
BackUp-Platten
Bei Ausfall einer Platte wird die Kopie verwendet.
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KA.R.2.2.28Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-Systeme
RAID – Level 2 / Sehr kompliziertes Verfahren auf Bit-Ebene
(Synchronisierung der Laufwerke notwendig) / Sehr sicheres Verfahren gegen
Ausfall (Hamming-Code)
Bei Ausfall einer Platte gibt es keine Schwierigkeiten.
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KA.R.2.2.29Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-Systeme
RAID – Level 3 / Ähnlich RAID 2 jedoch einfacheres Verfahren
(Synchronisierung der Laufwerke notwendig)
Bei Ausfall einer Platte gibt es keine Schwierigkeiten.
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KA.R.2.2.30Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-Systeme
RAID – Level 4 / Ähnlich RAID 0, jedoch können bei Ausfall einer Platte
durch den Strip auf der Parity-Platte die Daten wieder gebildet werden.
Leistung bei kleinen Datenaktualisierungen gering.
Bei Ausfall einer Platte werden die Daten über die Paritybits wieder hergestellt.
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KA.R.2.2.31Juli-01
Peripherie: Festplatten – RAID-Systeme
RAID – Level 5 / Paritätsbits werden auf die Laufwerke verteilt (Verteilung
nach Round-Robin-Verfahren)
Bei Ausfall einer Platte werden die Daten über die Paritybits wieder hergestellt.
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KA.R.2.2.32Juli-01
Datenspeichermethoden im Netzwerk•Daten im Netzwerk
SAS (Server Attached Storage)
SCSI - Laufwerke
NAS (Network Attached Storage)
Storage-Server mit eigener Netzanbindung
Speichermedien sind unmittelbar im Netz eingebunden
SAN (Storage Area Network)
Hochgeschwindigkeits Speichernetzwerke auf der Basisvon Fiber Channel
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KA.R.2.2.33Juli-01
Speicher
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KA.R.2.2.34Juli-01
Register
Cache
Arbeitsspeicher
Massenspeicher
Registerbänke(Flip-Flops)
SRAM
DRAM
FestplatteKos
ten
pro
Bit
Zug
riff
szei
t
Archivspeicher CD, Band, DVD
je nach Architektur
128B ... 4MB
64kB ... 1GB
20MB ... 100GB
~ 5ns
5 ... 20 ns
90 ... 120 ns
5 ... 80 ms
beliebig sec ... min
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KA.R.2.2.35Juli-01
Neue Generation von Speichermedien: MikroholographieReflektionsgitter erlauben dreidimensionale Schichtung
Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin arbeiten an der nächsten
Generation der Datenspeicherung, der Mikroholographie. Mithilfe so
genannter Reflektionsgitter sollen die Informationen nicht mehr nur auf der
Oberfläche einer CD, sondern unter Ausnutzung ihres Volumens
dreidimensional und in mehreren Schichten gespeichert werden. Schon in
absehbarer Zeit sollen damit mehr als 150 Gigabyte auf einem Datenträger
abgelegt werden können.
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KA.R.2.2.36Juli-01
Im Gegensatz zu herkömmlichen holographischen Methoden braucht die
Mikroholographie keine teuren Kristalle als Speichermedium. Stattdessen
verwenden die Wissenschaftler der TU Berlin kostengünstig und in Massen
herstellbare Photopolymere. Wenn ein solches Photopolymer mit einem
speziellen Interferenzmuster eines oder mehrerer Laserstrahlen belichtet
wird, entstehen Mikrohologramme. Dabei werden kleine optische Gitter mit
Abständen von etwa 100 Nanometern zwischen den einzelnen Ebenen
erzeugt. Diese Gitter können sich linear überlagern.
Neue Generation von Speichermedien: Mikroholographie
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KA.R.2.2.37Juli-01
In eine Stelle des Speichermediums werden mit den gewählten
Laserstrahlen verschiedene Gitter übereinander eingeschrieben
und können dann auch getrennt wieder ausgelesen werden. Im
Unterschied zur herkömmlichen CD, wo sich an jeder Stelle nur
ein Bit befindet, kann somit jeder Platz mehrfach belegt werden.
Neue Generation von Speichermedien: Mikroholographie
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KA.R.2.2.38Juli-01
Experimentalaufbau zur Aufnahme der Mikrohologramme / Foto: TU Berlin
Neue Generation von Speichermedien: Mikroholographie
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KA.R.2.2.39Juli-01
Hans Joachim Eichler vom optischen Institut der TU Berlin verwendet dabei
die Methode des "Wellenlängenmultiplexing". Bei ihr werden die überlappend
eingeschriebenen Gitter durch Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge
hergestellt. Jede Wellenlänge erzeugt dabei für sich ein Gitter. Beim Auslesen
kann man die Daten dann wieder trennen, wenn abwechselnd die Laser mit
der jeweiligen Einschreibe-Wellenlänge benutzt werden. Vergleichbar ist eine
so beschriebene Disk mit mehreren übereinander gelagerten
verschiedenfarbigen CDs. Jede Farbe symbolisiert dabei eine benutzte
Wellenlänge.
Neue Generation von Speichermedien: Mikroholographie
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KA.R.2.2.40Juli-01
Von SDRAM bis Rambus
Die Taktfrequenzen der CPUs werden immer höher, doch die
Speichermodule können mit diesem Leistungsschub nicht Schritt halten.
Mit zwei unterschiedlichen Konzepten versuchen die Boardhersteller
diesem Problem zu begegnen: DDR- und Rambus-Speicher.
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KA.R.2.2.41Juli-01
DDR SDRAM - Double Data Rate
Die entscheidenden Vorteile der DDR-Technik: Bei gleicher Busweite wie
SDRAM (64 Bit) und doppelter Datentransferrate erreichen 200-MHz-Module
eine maximale Bandbreite von 1,6 GByte pro Sekunde. 266-MHz-Module
können sogar einen Datendurchsatz von 2,1 GByte pro Sekunde für sich
verbuchen. Die Versorgungsspannung ist gegenüber SDRAM von 3,3 auf 2,5
Volt reduziert worden. Das sorgt für eine niedrige Verlustleistung und macht
DDR SDRAM auch für thermisch sensible beziehungsweise mobile Systeme
interessant.
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KA.R.2.2.42Juli-01
SDRAM
Ursprünglich als schnelles Videomemory und VRAM-Ersatz konzipiert,
kommen SDRAM-Module heute vor allem in Pentium-II- und Pentium-III-
Mainboards zum Einsatz.
Das Erfolgsgeheimnis von SDRAM: Der Speicher wird synchron zum
Systembustakt angesteuert. Während ältere Memory-Bausteine asynchron
zum Bustakt arbeiten, liefert SDRAM nach einer Verzögerung für das erste Bit
die weiteren drei Bits in Bustaktgeschwindigkeit, also ohne jegliche
Wartezyklen.
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KA.R.2.2.43Juli-01
SDRAM
SDRAMs werden auf zwei Arten gekennzeichnet: So gibt es zum einen die
Angabe in Nanosekunden (12, 10, 8 oder 7), zum anderen die Bezeichnung
gemäß des empfohlenen Bustaktes. Bei einem Systemtakt von 100 MHz sind
8-Nanosekunden-SDRAMs (entspricht 125 MHz) empfehlenswert, bei 133
MHz kommen 7-Nanosekunden-Exemplare (entspricht 142 MHz) zum Einsatz.
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KA.R.2.2.44Juli-01
Rechnerbeurteilung
Aufbau und Grundlagen von Rechenanlagen
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KA.R.2.2.45Juli-01
• Wie vergleicht man die Leistungsfähigkeit eines komplexen Systems?– In Abhängigkeit von objektiven Gesichtspunkten (Anwendung) oder
subjektiven Ansichten (Vorlieben) werden unterschiedlichen Kriterien mit unterschiedlicher Priorität bewertet.
• Zielkonflikte– Die Verbesserung eines Kriteriums wird mit der Verschlechterung des
anderen Kriteriums “erkauft”.
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KA.R.2.2.46Juli-01
• Beispiel: Autokauf:
– Leistung maximal
– Off-Road Tauglichkeit maximal
– Umweltbelastung minimal
– Anschaffungspreis minimal
– Unterhaltskosten minimal
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KA.R.2.2.47Juli-01
Leistungsbeurteilung• Allgemeine Kriterien
• Hohe Leistung
• Ausfalltoleranz
• Flexibilität, Erweiterbarkeit, Austauschbarkeit
• Kompatibilität
• Systemsoftwarevereinfachung / leichte
Programmierbarkeit
• Unterstützung der Softwarezuverlässigkeit
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KA.R.2.2.48Juli-01
Leistungsbeurteilung
• Wie kann man Leistung messen?• Welche Leistung?
• Was ist der Maßstab?
• Wie und was kann man vergleichen?
• Gibt es Standards?
• Wie kann man Tests fortschreiben mit der Entwicklung?
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KA.R.2.2.49Juli-01
Leistungsbeurteilung
• Schlagworte• MIPS• MOPS• FLOPS (MFLOPS)• SPEC - Standard Performance Evaluation Corporation (www.spec.org)• Dhrystone• Whetstone• Erlanger Modell• Konstanzer Leistungstest
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KA.R.2.2.50Juli-01
Benchmarks• Als Anwendungsprogramme werden vor allem graphikgestützte
Programme eingesetzt:– Bildverarbeitung
– Spiele (!!!)
– rechenintensive Programme
– Kodierung, Encryption
– Zunehmend setzt sich aber auch die Kompilation eines bestimmten Linux-Kernels durch.
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KA.R.2.2.51Juli-01
SPEC
Die Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) ist eine
Non-Profit-Gesellschaft, die gegründet wurde, um standardisierte
Benchmark-Programme zu entwickeln, die eine Leistungsbeurteilung
von Highperformance-Computern ermöglichen sollen. Zu den SPEC-
Mitgliedern zählen neben den führenden Halbleiterfirmen wie Intel
und AMD auch der Ziff-Davis Verlag.
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KA.R.2.2.52Juli-01
• SPECint_95base
PIII Xeon 550
AMD Athlon 600
AMD Athlon 650
AMD Athlon 700
PIII 600
10 15 20 30 35 402550Source: AMD results 9/99
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KA.R.2.2.53Juli-01
• SPECfp_base95
PIII Xeon 550
AMD Athlon 600
AMD Athlon 650
AMD Athlon 700
PIII 600
10 20 30 400 50
Source: AMD results Source: AMD results 9/99.
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KA.R.2.2.54Juli-01
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KA.R.2.2.55Juli-01
Prozessoren
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KA.R.2.2.56Juli-01
• CISC - Complex Instruction Set Computer– Beispiele: Intel Prozessoren
– Befehle• sind meist komplex, um eine Reihe von Prozessen automatisch
ablaufen zu lassen
• erfordern komplexe Verarbeitungseinheiten
• sind in großem Umfang vorhanden (Befehlssatz oft größer als 80 Befehle)
– häufig werden die zahlreichen Befehle gar nicht genutzt.
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KA.R.2.2.57Juli-01
• RISC - Reduced Instruction Set Computer– deutlich reduzierter Befehlsumfang
• Grenze wird gemeinhin bei 50 Befehlen gesehen– größere Anzahl von Registern– Registerfenster zur Unterstützung von Unterprogrammaufrufen– Befehle
• besitzen die gleiche Bitbreite • werden innerhalb des gleichen Systemtakts ausgeführt
– erlaubt Befehlspipelining• sind orthogonal (symmetrisch) aufgebaut, so daß jeder Befehl alle Adressierungsarten unterstützt und
auf jedes Register zugreifen kann• nur Registerzugriffen• Load & Store sind die einzigen Speicherbefehle (Load-Store-Architektur)• besitzen keine besonderen Kombinationen, Ausnahmen, Beschränkungen oder andere Seiteneffekte
– meist in Harvard-Architektur– Intelligenz in der Software (Compiler)
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KA.R.2.2.58Juli-01
• Entwickelt in Stanford
• Plus– effektive Nutzung des Speicherraums
• Minus– geringere Leistungsfähigkeit auf Grund
sequentieller Speicherzugriffe für Programm- und Dateninformationen
Speicher
Daten
Programm
Programm
Daten
Programm
Daten
Programm
Adressen
Programm
Steuerwerk
CPU
RechenwerkDaten
Adressen
Daten
Peri-pherie
Daten
Adressen
Klassische-ArchitekturVon Neumann-Archit.
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KA.R.2.2.59Juli-01
• Plus– geringere Nutzung des Speicherraums
• Minus– größere Speicher & mehr Busse und Anschlüsse
– höhere Leistungsfähigkeit auf Grund paralleler Speicherzugriffe für Programm- und Dateninformationen
Daten-speicher
Daten
Daten
Daten
Steuerwerk
CPU
Daten
Adressen
Daten
Peri-pherie
Daten
Adressen
Adressen
Rechenwerk
Programm-speicher
Daten
Daten
Daten
Daten
Adressen
Daten
Harvard-Architektur
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KA.R.2.2.60Juli-01
Schnittstellen
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KA.R.2.2.61Juli-01
Serielle Schnittstelle - Com-Port
•Einfache sequentielle Datenübertragung
•9 – 25 pol. Anschluß
•Verschiedene Normen (z.B. RS 232 / V24)
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KA.R.2.2.62Juli-01
Serielle Schnittstelle - Com-Port
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KA.R.2.2.63Juli-01
Serielle Schnittstelle - Com-Port
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KA.R.2.2.64Juli-01
Serielle Schnittstelle - Com-Port
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KA.R.2.2.65Juli-01
Parallele Schnittstelle - Centronics
•8-bit Parallele Schnittstelle
•Seit 1994 unter dem Namen IEEE 1284 eingeführt als
Weiterentwicklung der Centronics-Schnittstelle•Stecker 36 pol. (Canon) / 25 pol. (AMP)•Verschiedene Modes
•Nibble Mode (Centronics ab etwa 1990)•Compatible Mode (Centronics-Standard)•Byte Mode (Bidirektional mit PS/2 Standard eingeführt)•EPP (Extended Parallel Port / bidirektional)•ECP (Enhanced Capability Mode / unterstützt Datenkompression)
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KA.R.2.2.66Juli-01
Parallele Schnittstelle - Centronics (IEEE 1284)
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KA.R.2.2.67Juli-01
PCMCIAPersonal Computer Memory Card Association
•Schnittstelle für mobile Computer
•Seit 1989 werden Einsteckkarten für diese Schnittstelle angeboten
•Einheitlicher 68 pol. Stecker
•Drei unterschiedliche Dicken
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KA.R.2.2.68Juli-01
PCMCIA
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KA.R.2.2.69Juli-01
Tastatur / Maus – Anschluss•5 pol. DIN - Stecker•6 pol. PS/2 - Stecker
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KA.R.2.2.70Juli-01
Rechnerarchitekturen
Aufbau und Grundlagen von Rechenanlagen
Prof. G. Staib
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KA.R.2.2.71Juli-01
• Entwickelt in Stanford
• Plus– effektive Nutzung des Speicherraums
• Minus– geringere Leistungsfähigkeit auf Grund
sequentieller Speicherzugriffe für Programm- und Dateninformationen
Speicher
Daten
Programm
Programm
Daten
Programm
Daten
Programm
Adressen
Programm
Steuerwerk
CPU
RechenwerkDaten
Adressen
Daten
Peri-pherie
Daten
Adressen
Klassische-ArchitekturVon Neumann-Archit.
Prof. G. Staib
KA – Rechnerarchitektur II ____________________________________________________________________________________________
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KA.R.2.2.72Juli-01
• Plus– geringere Nutzung des Speicherraums
• Minus– größere Speicher & mehr Busse und Anschlüsse
– höhere Leistungsfähigkeit auf Grund paralleler Speicherzugriffe für Programm- und Dateninformationen
Daten-speicher
Daten
Daten
Daten
Steuerwerk
CPU
Daten
Adressen
Daten
Peri-pherie
Daten
Adressen
Adressen
Rechenwerk
Programm-speicher
Daten
Daten
Daten
Daten
Adressen
Daten
Harvard-Architektur
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KA.R.2.2.73Juli-01
Mikroprozessoren
Aufbau und Grundlagen von Rechenanlagen
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KA.R.2.2.74Juli-01
• Entwicklung der Mikroprozessoren– Aus der Vielzahl der verschiedenen Mikroprozessoren heben sich zwei
„Familien“ heraus.
– Motorola - Typ 6800
– Intel Typ X86 (Ursprünglich 8080)
– Diese Basistypen haben historische Bedeutung. Aus beiden Familien
wurden sehr leistungsfähige Mikroprozessoren entwickelt.
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KA.R.2.2.75Juli-01
Entwicklung der Mikroprozessoren• Intel Typ X86 (Ursprünglich 8080)
– boolescher Prozessor• umfangreicher Befehlssatz zur Bitmanipulation
– modifizierte Harvard-Architektur• getrennte Adreßräume für Programm- und Datenspeicher
– weltweit am meisten eingesetzte CPU• 1994 haben alle Hersteller dieser Prozessorfamiliezusammen mehr als 183 Mio Stück
ausgeliefert (Dataquest Juni 1995)
– überwältigende Auswahl an Entwicklungswerkzeugen und Software
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KA.R.2.2.76Juli-01
• CISC - Complex Instruction Set Computer– Beispiele: Intel Prozessoren– Befehle
• sind meist komplex, um eine Reihe von Prozessen automatisch ablaufen zu lassen
• erfordern komplexe Verarbeitungseinheiten• sind in großem Umfang vorhanden (Befehlssatz oft größer als 80
Befehle)
– häufig werden die zahlreichen Befehle gar nicht genutzt.
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KA.R.2.2.77Juli-01
• RISC - Reduced Instruction Set Computer– deutlich reduzierter Befehlsumfang
• Grenze wird gemeinhin bei 50 Befehlen gesehen– größere Anzahl von Registern– Registerfenster zur Unterstützung von Unterprogrammaufrufen– Befehle
• besitzen die gleiche Bitbreite • werden innerhalb des gleichen Systemtakts ausgeführt
– erlaubt Befehlspipelining• sind orthogonal (symmetrisch) aufgebaut, so daß jeder Befehl alle Adressierungsarten unterstützt und
auf jedes Register zugreifen kann• nur Registerzugriffen• Load & Store sind die einzigen Speicherbefehle (Load-Store-Architektur)• besitzen keine besonderen Kombinationen, Ausnahmen, Beschränkungen oder andere Seiteneffekte
– meist in Harvard-Architektur– Intelligenz in der Software (Compiler)
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KA.R.2.2.78Juli-01
Pipelineverarbeitung
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KA.R.2.2.79Juli-01
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KA.R.2.2.80Juli-01
• SISC - Specific Instruction Set Computer
– dedizierte Weiterentwicklung von RISCs
– bedingt targetierbare Software zur Portabilität
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KA.R.2.2.81Juli-01
• Leistungssteigerung von Mikroprozessoren– schnellere Abarbeitung der Befehle
• Steigerung der Taktfrequenz• Verkürzung der Taktzyklen pro Befehlsausführung
– erhöhter Funktionsumfang• mehr Bauelemente
– Abarbeitung breiterer Datenwörter• größere Bitbreite
– gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Befehle• Pipelining• Superskalarität
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KA – Rechnerarchitektur II ____________________________________________________________________________________________
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KA.R.2.2.82Juli-01
Prof. G. Staib
KA – Rechnerarchitektur II ____________________________________________________________________________________________
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KA.R.2.2.83Juli-01
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
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KA.R.2.2.84Juli-01
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Prof. G. Staib
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KA.R.2.2.85Juli-01
Prinzip: Intel – Pentium 3
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KA.R.2.2.86Juli-01
Prinzip: Intel – Pentium 4
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KA.R.2.2.87Juli-01
Prinzip: AMD - Athlon
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KA.R.2.2.88Juli-01
AMD - MP
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