Mikroprozessortechnik Kapitel 1 und 2

-Zentraleinheit ( CPU Central Processing Unit )

  Leit- oder Steuerwerk ( control unit)

  Rechenwerk ( ALU Arithmetic Logic unit)

  Adresswerk ( address unit)

-Speicher 

 Hauptspeicher, Massenspeicher, Cache

- Eingabegerät

 Tastatur, Digitaleingänge, Leser ( Barcode, Lochstreifen)

-Ausgabegerät 

 Bildschirm, Drucker, Plotter

 Rechnerabhängige Ein- und Ausgabegeräte 

- reine Eingabe : Tastatur, Leser, Geber

-reine Ausgabe : Bildschirm, Drucker, Plotter, Stanzer 

- Dialog : Terminal, Computer, Modem, Teletype 

-Speicher: Platten-, Bandspeicher 

Rechnerunabhängige Erfassungsgeräte 

Lochkarten, Sortierer, Stanzer

Im Rechenwerk werden alle mit Daten notwendigen Operationen durchgeführt .Ein Rechenwerk besteht im einfachsten Fall aus einem Verknüpfungsnetzwerk z.B einem Addierer und zwei Registern ( Akkumulator) in denen die zu verarbeitenden Daten gespeichert werden.

Das Leitwerk steuert den Ablauf der Datenverarbeitung indem es nacheinander angebotene Befehle in einer Reihe interpretiert.

Daher in einer Kodierschaltung in die auszulösenden Steuerfunktion übersetzen.

Im Speicherwerk bestehend aus Adressierwerk und Hauptspeicher, werden alle Daten und Befehle, die für die Bearbeitung eines Problems in der EDV-Anlage erforderlich sind, in adressierten Speicherzellen abgelegt. Die einzelnen Befehle liegen in folgerichtiger Reihenfolge in aufeinanderfolgenden Adressen, so dass sie der Reihe nach vom Leitwerk abgerufen werden können.

1. Eingabe der Befehlsfolge in das Speicherwerk

2. Eingabe der Anfangswerte in das Speicherwerk

3. Start- Abarbeiten der Befehlsfolge 

3.1 Das Leitwerk erhält den ersten Befehl aus bekannten Speicheradresse und interpretiert ihn.

3.2 Das Leitwerk gibt der durchzuführenden Operation entsprechende Steuersignale an die beteiligten Einheiten.

3.3 Das Leitwerk ermittelt die Speicheradresse für die nächsten Befehle.

3.4 Das Leitwerk fordert den nächsten Befehl an

4. Ausgabe der Ergebmisse in die peripheren Ausgabegeräte

5. Stoppen der Einrichtung 

Eine Reihe von Befehlen die eine EDV-Anlage nacheinander abzuarbeiten hat

Ein Geradeausprogramm läuft in einer festgelegten (ununterbrochenen) Reihenfolge ab

In einem Schleifenprogramm sind während des Programmzyklus Verzweigungen möglich.Die Erfüllung einer Bedingung bestimmt den weiteren Programmablauf nach der Verzweigung.

Der Aufwand beim erstelln eines Programms kann - deutlich reduziert werden. Mit hilfe von Unterprogrammen sie lösen dan häufig auftredende Probleme. Zum Beispiel Ein/Ausgaberoutinen, Mathematik - und Formatierroutinen

Sie veranlassen Datentransport zum Beispiel:

-vom Eingabekanal in eine bestimmte Speicheradresse im Hauptspeicher

-von einer Speicheradresse in das Rechenwerk 

- vom Rechenwerk in eine Speicheradresse 

-von einer Speicheradresse in den Ausgabekanal

Sie veranlassen eine Operation im Rechenwerk

-Addition 

-UND-Verknüpfung 

-Komplementbildung für die im Rechenwerk stehende Gösse

Sie veranlassen ein Springen auf eine andere als die fortlaufende Adresse. Man unterscheited

-unbedingte Sprungbefehle : Sie lösen in jedem Fall ein Springen auf eine vorgegebene Befehlsadresse aus 

-bedingte Sprungbefehle : Sie lösen ein Springen auf die vorgegebene Befehlsadresse nur dann aus, wenn eine Bedingung erfüllt ist Andernfalls wird das Programm mit dem im Speicher auf den bedingten Sprungbefehl folgenden Befehl fortgesetzt.

Die Befehle die Einstellungen am Rechenwerk vornehmen

-Darstellungsformat :Binär/BCD , Umrechnungshilfen 

-STOP-Befehl versetzt ein Rechenwerk, das keine Befehle zu erledigen hat, in einen Stromsparzustand

-Befehle für Modus oder Achitekturumschaltung : Supervisor/User oder bei Intel Real/Protected/Virtuell-Modus 

Computer oder Rechner sind Maschinen, die in der Lage sind auf Grund von vorgegebenen Daten und Anweisungen arithmetische und logische Operationen durchzuführen und numerische Ergebnisse und Entscheide zu liefern

Analogrechner, Digitalrechner, Hybridrechner

Der übersetzer brauchen wir nur wenn wir einProgramm für eine Machine schreiben also nicht beim Programmieren einer Website. Der übersetzer wandelt unseren Source Code in maschinenverständlichen Zahlencode um.

Früher wurde wen es ein Problem gab in der Digitaltechnik spezifisch dafür eine Schaltung entwickelt mit Transistoren. Später wurden dan Schaltkreise dafür verwendet mit mehreren Schaltgruppen.Noch ein bischen später speicherte man mit hilfe von IC Fertigungstechnik Grundfunktionen auf einem Chip. auf kosten der Geschwindigkeit.Diese Steuerung konnte erst ganz simple sachen wie wenn I1 und I2 High dann Ausgang 5 Low, Stückzähler waren bereits fortgeschritte. Programmiere forderten dann bessere uP mit mehr Funktionen in der Hardware weil er dann schneller wurde und teils Probleme kann man nur in der Hardware lösen.

Eine Lösung für ein Problem das in einer Schritt für Schritt Prozedur erarbeitet wurde.

Für ein Problem ein Algoryihmus zu entwerfen und den in der richtigen Sprache dem Computer mizuteilen

Mehrere Machinenbefehle zu einer Sequenz zusammengefasst  um die Lösung einer Aufgabe zu beschreiben.

Er wandelt unser Programm in Maschinenverständliche Zahlencode um.

-Steuerung der verschiedenen Programme die im System sin

-Verwaltung von Betriebsmitteln(CPU,Memory,Peripherie,usw.)

-Zuteilung von Betriebsmitteln 

-Unterhalt von Datenbeständen (Speichern, Schützen)

Bereitstellung von Hilfsprogrammen (Compiler, Linker)

Wartungsprogramm ( Selbsttest, Funktionstest)

Hardware (Hardwareschnittstelle)

Firmware 

Betriebsystem (Betriebssystemschnittstelle)

Dienstprogramm (Anwenderschnittstelle)

Anwenderprogramm (Benutzerschnittstelle)

Es wir ein Benutzer unterstützt mindestens Ein-/Ausgabe jedoch nicht unbedingt Massenspeicher Multitasking

Es werden mehrere Benutzer unterstützt die CPU-Zuteilung kann aber unterschiedlich sein.  Normalerweise ist auch Multittasking möglich aber eventuell nicht allen Benutzern erlaubt.

Beide Begriffe beschreiben dasselbe. Ein Task (auch Prozess) ist ein laufendes Programm. Das Multitaskingsystem kann nun mehrere Tadk  gleichzeitig verwalten.

So ein System ist in der Lage auf ein äusseres Ereigniss innerhalb einer bestimmten zu reagieren z.B einen Interrupt. Das gegenteil ist das Batch- oder Stapel-Betriebsystem das nicht dynamisch ist. Es kann erst auf ein Befehl reagieren nach abarbeiten eines Stapels.

Alles läufts sequentiell ab. Typisches Beispiel sind Computern mit Lochkarten und Lochstreifen

Es werden mehrere Prozesse verwaltet, ihre Zusammenarbeit synchronsiert  und die gemeinsamen Resourcen verwaltet und zugeteilt. Heuzutags haben fast alle Computer mehrere Prozesser Dualcore (2) Quadcore (4)

ist die zuteilung der CPU an einen neuen Prozess (Task) mit Z.B höchster Priorietät oder der ersten Stelle in der Warteschlange  der lauffähigen Prozesse, da ja nur ein Prozess zu einem Zeitpunkt  die CPU zur verfügung gestellt bekommt.

Ein Prozess ist ein lauffähiges Programmteil, der sich mit anderen Prozessen um die CPU streitet. Dadurch kann ein Prozess folgende Zustände einehmen.

- nicht existen (interessiert BS normalerweise nicht)

-wartend, auf ein Ereigniss z.B. Interrupt, Daten von I/O- Kanal

- bereit rechenbereit - es fehlt nur die CPU (Zeit)

-rechnend, also im Prozessor laufend (nur ein Prozess)

Ein Segment ist ein durchgehender Abschnitt im Speicherbereich, der vom Betriebssystem als Ressource einem zugeteilt werden kann. Dieser Begriff fällt sehr oft im Zusammenhang mit der Memory Management Unit, die für diese Segmente Adressumrechnungen vornimmt und so einem Programm mehr logischen Speicherplatz vorschwindeln kann, als physikalisch vorhanden ist; man spricht dan auch von virtuellem Speicher.

Ein Semaphor lässt sich mit einer Ampel vergleichen, die eine kritische Zone( wo sich nur einer zu einem Zeitpunkt  aufhalten darf) schützt.Ist die Ampel auf Grün so kann die Zone Betreten werden und die Ampel wird auf Rot gestellt (dieser Vorgang MUSS unteilbar sein und wird von der CPU oder vom BS sichergestellt), ist die Ampel rot muss man warten.

In neueren Betriebssystem tauchen länger je mehr Events auf. Dabei handelt es sich im wesentlichen um umgebaute Semaphore die z.B eine bestimmte Anzahl in einer kritischen Zone zulassen können.

Eine Pipeline ist eine Art Daten zu verschicken zwischen Prozessoren durch einen Virtuellen I/O Kanal der sich wie ein richtiges Peripherie Gerät verhält. Das hat für den Anwender den Vorteil, dass es für das Programm egal ist ob die Daten von der Tastatur, der Disk oder von einem anderen datenverarbeitenden Prozess kommen.

Das Signal stellt ein Software-Interrupt dar. Damit ist es möglich einem Prozess asynchron einen Zustand mitzuteilen. Damit wird es möglich ein Programm sehr wirklichkeitsnah zu schreiben.Der Nachteil ist allerdings das man sich die selben Probleme einheimst wie bei der Interruptprogrammiereung.

2 Vorgehensweise.

1. Self Hosted Programm direkt auf der Applikattionsmachine entwickeln. Vorteil man kann das Programm sofort ausprobieren. Man hat auch diesselbe Programmierwerkzeugezur Verfügung. Das Programm hat dasselbe ausehen wie das Target Zielsystem.

2. Cross Entwicklung Programm wird auf einer anderen Maschine Entwickelt. Um das Programm testen zu können muss man den Programmkode zuerst ins Zielsystem oder Target  übertragen. Wir häufig in der Industrie benutzt.