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Funktioneller Aufbau digitaler Rechenanlagen

  • Kartonierter Einband
  • 280 Seiten
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Beschreibung

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.- 1.2.1 Und-Oder-Schaltungen.- 1.2.2 Negation.- 1.3 Schaltkreisfamilien.- 1.3.1 Die Dioden-Transistor-Logik-Familie (DTL).- 1.3.2 Die Transistor-Transistor-Logik-Familie (TTL).- 1.3.3 Die Emitter-Coupled-Logik-Familie (ECL).- 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.- 2.1.1 RS-Flip-Flop (RS-FF).- 2.1.2 Komplementierendes-Flip-Flop (T-FF).- 2.1.3 JK-Flip-Flop (JK-FF).- 2.1.4 JK-Flip-Flop mit Takteingang (JK-FF).- 2.1.5 D-Flip-Flop (D-FF).- 2.1.6 Master-Slave-Flip-Flop (MS-FF) (Herren- Sklaven-FF).- 2.1.7 Monostabile Flip-Flop.- 2.2 Impulserzeuger.- 2.2.1 Astabile Flip-Flop.- 2.2.2 Schmitt-Trigger.- 2.3 Binäre und dezimale Zähler.- 2.3.1 Binäre Zähler mit RS-MS-Flip-Flop (synchron).- 2.3.2 Binäre Zähler mit RS-MS-Flip-Flop (asynchron).- 2.3.3 Binäre Zähler mit JK-MS-Flip-Flop.- 2.3.4 Dezimale Zähler.- 2.4 Schieberegister.- 2.4.1 Allgemeines.- 2.4.2 Schieberegister mit Flip-Flop-Ketten.- 2.4.3 Schieberegister mit Ferritkernen.- 2.4.4 Schieberegister mit MOS-FET-Schaltungen.- 3 Funktioneller Aufbau des Rechenwerkes.- 3.1 Allgemeines.- 3.2 Rechenwerke für das binäre und für das hexadezimale Zahlensystem.- 3.2.1 Darstellung negativer Zahlen.- 3.2.2 Serienaddierwerke.- 3.2.3 Paralleladdierwerke.- 3.2.4 Addierwerke für das hexadezimale Zahlensystem.- 3.2.5 Multiplizierwerke.- 3.2.6 Dividierwerke.- 3.3 Rechenwerke für das dezimale Zahlensystem.- 3.3.1 Die wichtigsten in der Praxis verwendeten Codes.- 3.3.2 Dezimales Addier- und Korrekturwerk für den binären Code.- 3.3.3 Addier- und Subtrahierwerk mit Zählern.- 3.3.4 Addierwerke mit Additionstafeln.- 3.3.5 Multiplizierwerke mit Zählersteuerung.- 3.3.6 Multiplizierwerke mit Einmaleinskörpern.- 3.3.7 Multiplizierwerk, bei dem gewisse Vielfache des Multiplikanden verwendet werden.- 3.3.8 Dezimale Dividierwerke.- 3.4 Einrichtungen für die Gleitpunktarithmetik und für die korrekte Rundung.- 3.4.1 Die mathematisch korrekte Rundung.- 3.4.2 Gleitpunktarithmetik bei der Addition und Subtraktion.- 3.4.3 Gleitpunktarithmetik bei der Multiplikation.- 3.4.4 Gleitpunktarithmetik bei der Division.- 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.- 4.4.1 Magnetkern-Fädelspeicher als Mikro-programmspeicher.- 4.4.2 Halbleitermatrix als Mikroprogrammspeicher.- 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.- 5.3.1 Transportbefehle.- 5.3.2 Sprungbefehle unbedingt und bedingt.- 5.4 Einrichtungen zum Modifizieren des Adreßteils eines im Befehlsregister stehenden Befehls.- 5.4.1 Modifikation durch Addition eines Wertes auf den Adreßteil.- 5.4.2 Modifizierung eines Befehls durch Veränderung der Referenzstufe.- 5.4.3 Zusätzliche Register im Befehlswerk.- 6 Speicherwerke, vorzugsweise Arbeitsspeicher.- 6.1 Einteilung der Speicherwerke.- 6.2 Selektion, Adressierung, Zugriff.- 6.3 Datensicherungsmaßnahmen beim Speicherwerk.- 6.3.1 Datensicherung bei Dezimalmaschinen.- 6.3.2 Datensicherung bei binären und hexadezimalen Maschinen.- 6.4 Magnetkernspeicher.- 6.4.1 Physikalische Eigenschaften der Magnetkerne.- 6.4.2 Selektion eines Kerns bzw. einer Kerngruppe.- 6.4.3 Die Anordnung der Lese- und Sperrwicklungen.- 6.4.4 Probleme, die infolge der nicht rechteckigen Hystereseschleifen entstehen.- 6.4.5 Das Impulsprogramm für den Lese-Schreib- Zyklus.- 6.4.6 Treiberverstärker für Kernspeicher.- 6.4.7 Auswahlschaltungen für die Treiberdrähte eines Kernspeichers.- 6.4.8 Gesamtschaltung eines Kernspeichers.- 7 Parallelarbeit einzelner Teilwerke der Anlage.- 7.1 Allgemeine Gesichtspunkte.- 7.1.1 Parallelarbeit abhängiger Werke.- 7.1.2 Parallelarbeit nicht abhängiger Werke.- 7.2 Parallelarbeit bei einem aus mehreren Moduln auf¬gebauten Speicherwerk.- 7.2.1 Adressenverschränkung.- 7.2.2 Aufbau eines Kernspeichers für Parallelarbeit.- 7.3 Einrichtungen, die die Parallelarbeit mit den Ein- Ausgabegeräten ermöglichen (Kanalwerke).- 7.3.1 Allgemeines.- 7.3.2 Aufgaben eines Kanalwerks.- 7.3.3 Standard- und Schnellkanäle.- 7.3.4 Aufbau eines Kanalwerks.- 7.3.5 Das Ein-Ausgabe-Befehlswerk.- 7.3.6 Das Vorrangwerk.- 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.- 8.3.1 Einrichtungen zur Beschleunigung des Wechselvorgangs.- 8.3.2 Das Master-Slave-Prinzip bei Speichern.- 8.4 Nichtidentische Abbildung des Hintergrundspeichers auf den Arbeitsspeicher.- 8.4.1 Allgemeines.- 8.4.2 Seitenweise-identische Abbildung des Hinter-grundspeichers auf den Arbeitsspeicher (paging).- 8.4.3 Segmentierung.- 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).- 9.3.2 Allgemeines.- 9.3.2 Trommelspeicher.- 9.3.3 Plattenspeicher.- 9.3.4 Magnetbandspeicher.- 9.3.5 Magnetkartenspeicher.- 9.4 Lochkartengeräte und Lochstreifengeräte.- 9.4.1 Allgemeine Gesichtspunkte.- 9.4.2 Lochstreifengeräte.- 9.4.3 Lochkartengeräte.- 9.5 Druckwerke.- 9.5.1 Allgemeines.- 9.5.2 Mechanische Zeilendrucker.- 9.5.3 Nichtmechanische Zeilendrucker.- 9.6 Plotter (X-Y-Schreiber).- 9.6.1 Analog arbeitende Plotter.- 9.6.2 Digital arbeitende Plotter.- 9.7Analog-Digital-Wandler.- 9.7.1 Analog-Digital-Wandler für geometrische (Zwischen-) Größen.- 9.7.2 Analog-Digital-Wandler für zeitliche (Zwischen-) Größen.- 9.7.3 Analog-Digital-Wandler für Frequenz-(Zwischen-) Größen.- 9.7.4 Analog-Digital-Wandler nach dem Stufen-kompensationsverfahren.- 9.8 Digital-Analog-Wandler.- 9.8.1 Digital-Analog-Wandler für geometrische Größen.- 9.8.2 Digital-Analog-Wandler für elektrische Größen.- 9.9 Konsolen, Bildschirmgeräte, Satellitenrechner, Datenstation.- 9.9.1 Konsolen.- 9.9.2 Bildschirmgeräte.- 9.9.3 Satellitenrechner, Datenstation.- 9.10 Automatische Zeichenerkennung.- 9.10.1 Allgemeines.- 9.10.2 Allgemeiner Aufbau technischer Erkennungsgeräte.- 9.10.3 Verfahren zur Abtastung der Zeichen.- 9.10.4 Aussondern der Merkmale.- 9.10.5Klassifikation.- Namen- und Sachverzeichnis.

Produktinformationen

Titel: Funktioneller Aufbau digitaler Rechenanlagen
Autor:
EAN: 9783540062752
ISBN: 978-3-540-06275-2
Format: Kartonierter Einband
Herausgeber: Springer Berlin Heidelberg
Genre: Allgemeines & Lexika
Anzahl Seiten: 280
Gewicht: 322g
Größe: H203mm x B134mm x T20mm
Jahr: 1973

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