Funktioneller Aufbau digitaler Rechenanlagen

Das vorliegende Buch soil den Informatiker mit dem funktio nellen Aufbau und den technologischen Grenzen seines Werk zeugs, der digitalen Rechenanlage, vertraut machen. Die ersten acht Kapitel sind aus einer Vorlesung gleichen Titels entstanden, die ich seit einigen lahren im Rahmen des Informatikstudiums an der Technischen Universitiit Miinchen halte. Der Stoff des letzten Kapitels entstammt aus einer Spezialvorlesung iiber Peri pheriegeriite. Die Darstellung geht aus von den funktionellen Eigenschaf ten heute zur Verfiigung stehender Bauelemente. Zuniichst wird gezeigt, wie aus diesen einfache Baugruppen hergestellt werden konnen. Nach dieser Vorbereitung kann im Kapitel 3 ausfUhr lich auf den Aufbau verschiedener Versionen arithmetischer Ver kniipfungseinheiten eingegangen werden. Nahezu aile diese Ope rationen besitzen eine "Feinstruktur", d. h. , sie sind aus einer Reihe von Elementaroperationen aufgebaut. Das folgende Ka pitel demonstriert, wie ein Schaltwerk, das die Steuerung des Ablaufs dieser Elementaroperationen durchfiihren solI, aufzu bauen ist. Insbesondere wird gezeigt, daB es die Einfiihrung be sonderer Schnell speicher, in denen die Art der jeweiligen Ab liiufe in Form von Mikroprogrammen gespeichert sind, ermog licht, auch auf dieser untersten Ebene einer Rechenanlage den Vorteil der Flexibilitiit einer Programmsteuerung zu niitzen. Ein besonderes Kapitel ist dem Befehlswerk gewidmet; hier werden insbesondere die einzelnen Modifikationsarten, die auf Maschinenbefehle angewandt werden, von der Programmierungs seite her begriindet, und Vorschliige fUr deren Realisierung ge geben. Das sechste Kapitel "Arbeitsspeicher" gibt Einblicke in den Aufbau und zeigt die physikalischen Grenzen des Kernspei chers.

Klappentext

Das vorliegende Buch soil den Informatiker mit dem funktio­ nellen Aufbau und den technologischen Grenzen seines Werk­ zeugs, der digitalen Rechenanlage, vertraut machen. Die ersten acht Kapitel sind aus einer Vorlesung gleichen Titels entstanden, die ich seit einigen lahren im Rahmen des Informatikstudiums an der Technischen Universitiit Miinchen halte. Der Stoff des letzten Kapitels entstammt aus einer Spezialvorlesung iiber Peri­ pheriegeriite. Die Darstellung geht aus von den funktionellen Eigenschaf­ ten heute zur Verfiigung stehender Bauelemente. Zuniichst wird gezeigt, wie aus diesen einfache Baugruppen hergestellt werden konnen. Nach dieser Vorbereitung kann im Kapitel 3 ausfUhr­ lich auf den Aufbau verschiedener Versionen arithmetischer Ver­ kniipfungseinheiten eingegangen werden. Nahezu aile diese Ope­ rationen besitzen eine "Feinstruktur", d. h. , sie sind aus einer Reihe von Elementaroperationen aufgebaut. Das folgende Ka­ pitel demonstriert, wie ein Schaltwerk, das die Steuerung des Ablaufs dieser Elementaroperationen durchfiihren solI, aufzu­ bauen ist. Insbesondere wird gezeigt, daB es die Einfiihrung be­ sonderer Schnell speicher, in denen die Art der jeweiligen Ab­ liiufe in Form von Mikroprogrammen gespeichert sind, ermog­ licht, auch auf dieser untersten Ebene einer Rechenanlage den Vorteil der Flexibilitiit einer Programmsteuerung zu niitzen. Ein besonderes Kapitel ist dem Befehlswerk gewidmet; hier werden insbesondere die einzelnen Modifikationsarten, die auf Maschinenbefehle angewandt werden, von der Programmierungs­ seite her begriindet, und Vorschliige fUr deren Realisierung ge­ geben. Das sechste Kapitel "Arbeitsspeicher" gibt Einblicke in den Aufbau und zeigt die physikalischen Grenzen des Kernspei­ chers.

Inhalt
Einführung.- 1 Digitale Verknüpfungsglieder.- 1.1 Entwicklung der digitalen Verknüpfungsglieder.- 1.2 Digitale Verknüpfungsglieder mit Halbleitern.- 1.3 Schaltkreisfamilien.- 1.4 Integrierte Schaltkreise mit Feldeffekttransistoren (MOS-FET-Technik).- 1.5 Schaltsymbole für die digitalen Verknüpfungsschaltungen.- 2 Aufbau einfacher Baugruppen aus den digitalen Ver-knüpfungsgliedern.- 2.1 Einbit-Speicher Flip-Flop.- 2.2 Impulserzeuger.- 2.3 Binäre und dezimale Zähler.- 2.3.1 Binäre Zähler mit RS-MS-Flip-Flop (synchron).- 2.4 Schieberegister.- 3 Funktioneller Aufbau des Rechenwerkes.- 3.1 Allgemeines.- 3.2 Rechenwerke für das binäre und für das hexadezimale Zahlensystem.- 3.3 Rechenwerke für das dezimale Zahlensystem.- 3.4 Einrichtungen für die Gleitpunktarithmetik und für die korrekte Rundung.- 4 Die Steuerung der arithmetischen Operationsabläufe, Mikroprogramme.- 4.1 Allgemeines.- 4.2 Verzweigtes Schieberegister als Mikroprogramm- speicher.- 4.3 Umstellbare Binärzähler als Mikroprogrammspeicher.- 4.4 Die Fixierung des Mikroprogramms in einem besonderen Speicherwerk.- 5 Befehlswerke.- 5.1 Aufgaben der Befehlswerke.- 5.2 Aufbau des Befehlswerks einer einfachen Maschine ohne Adressenmodifikation.- 5.3 Ablauf einiger typischer nicht arithmetischer Befehle.- 5.4 Einrichtungen zum Modifizieren des Adreßteils eines im Befehlsregister stehenden Befehls.- 6 Speicherwerke, vorzugsweise Arbeitsspeicher.- 6.1 Einteilung der Speicherwerke.- 6.2 Selektion, Adressierung, Zugriff.- 6.3 Datensicherungsmaßnahmen beim Speicherwerk.- 6.4 Magnetkernspeicher.- 7 Parallelarbeit einzelner Teilwerke der Anlage.- 7.1 Allgemeine Gesichtspunkte.- 7.2 Parallelarbeit bei einem aus mehreren Moduln auf¬gebauten Speicherwerk.- 7.3 Einrichtungen, die die Parallelarbeit mit denEin- Ausgabegeräten ermöglichen (Kanalwerke).- 8 Automatischer Verkehr zwischen Arbeitsspeicher und den Hintergrundspeichern.- 8.1 Grundsätzliche Überlegungen.- 8.2 Lageinvariante und eingriffsinvariante Programme.- 8.3 Identische Abbildung des Inhalts eines zusammen-hängenden Teils des Hintergrundspeichers auf den Arbeitsspeicher.- 8.4 Nichtidentische Abbildung des Hintergrundspeichers auf den Arbeitsspeicher.- 8.5 Schlußbetrachtungen zum Kapitel 8.- 9 Die peripheren Geräte.- 9.1 Gemeinsame Gesichtspunkte.- 9.2 Massenkernspeicher.- 9.3 Bewegte magnetische Schichten als Datenträger (Magnetomotorische Speicher).- 9.4 Lochkartengeräte und Lochstreifengeräte.- 9.5 Druckwerke.- 9.6 Plotter (X-Y-Schreiber).- 9.7Analog-Digital-Wandler.- 9.8 Digital-Analog-Wandler.- 9.9 Konsolen, Bildschirmgeräte, Satellitenrechner, Datenstation.- 9.10 Automatische Zeichenerkennung.- Namen- und Sachverzeichnis.