Computerarchitektur I

• Register
• Cache
• Hauptspeicher
• Festplatte
  • SSD
  • Magnetisch
• Magnet Band
• CD
• Diskette
• USB Stick

• Volume: RAM (DRAM) wird in höhren Stückzahlen produziert deshalb kann es günstiger angeboten werden
• Technologieunterschied:
  • Cache Memory = SRAM
  • Hauptspeicher = DRAM

Festplatte: preis/leistung

Hoher Datenverlust bei einem Ausfall. 

Durch RAID

• RAID1-5 und kombinationen
•  

True or False (1 o 0) können durch verschiedene Spannungspegel dargestellt werden

Schalten und Verstärken von elektrischen Signalen

• Inverter
• NOR
• NAND
• OR
• AND

• Wahrheitstabelle
• Schaltplänne

Durch kombinationen der Grundschaltungen

• halbaddierer
• volladdierer

• Cache Size (exp. 8192 Byte)
• Cache Line(exp.64 Byte)
• Cache Slot

• Direct Mappt
  • Ist die einfachste Form da jede CacheLine nur einmal vergeben werden kann. Benötig sehr wenig Hardware. Nachteil dabei ist das es ineffizient ist da es freie CacheLInes gibt.
• Set Assoziativ
  • Dies ist ein kompromise aus den andern beiden. Man benötigt nicht ganz soviel HW wie bei Full ist jedoch effizienter als mit direkt. Man definiert Set's und in diesem Set können die Daten an beliebiger stelle abgelegt werden. 4Way-Set ist z.B. 1 Set mit 4 CachLines.
• Fully Assoziativ
  • Sehr viel Hardware dafür höchst effizient da alle Daten überalle abgespeichert werden können.

Siehe Bild

De Morgans Law ist eine logische Aussage.

Bsp:

Milch oder Zucker (im Kaffe), genau dann Trinke ich ihn nicht.

Ist das selbe wire

Keine Milch und Kein Zucker (im Kaffe), genau dann Trinke ich ihn.

Gemäss der Anzahl in einem Schritt bearbeiteten Befehle und Daten.

• SIMD (Single Instruction Multiple Data)
  • Mit einem Behel werden mehrer Datenteile verarbeitet (Vektorrechner)
• SISD (Single Instruciton Single Data)
  • Der Prozessor kann eine Befehl mit den Daten eines Datensatzen ausführen. Das bedeutet serielles Abarbeiten der Befehle. Die von Neumann Architektur ist so konzipiert. 
• MIMD (Multiple Instructions Multiple Data)
  • Ist die Leistungsfähigste Art hat mehrere unabhängige CPU die entweder shared memory oder distributet memory einsetzen. 
• MISD (Muliple Instruction Single Data)
  • Wird nicht offt verwendet heisst aber das mehrer Prozessoren verschiedene Instruktionen auf den selben Daten ausführt.

1. Rechenwerk
2. Steuerwerk
3. Speicher
4. I/O
5. Bus

1. Datenprozessor (ALU)
2. Befehlsprozessor

Wie der Name sagt er verarbeitet Daten respektive führt Berechnungen und Konjuktionen aus mit Hilfe der ALU( Aritmetical Logical Unit) welche die Berechnungen ausführt und dem Akkumulator welcher die Ergebnisse speichert.

Bearbeitet den aktuellen Befehl mit Hilfe von 

IR (Instruction Register) welches den aktuellen Befehl enthält 

und dem

PC (Program Counter) der die Addresse des nächsten Befehl enthält.

Klassifizierung: SISD

Keine separaten Speicher für Befehle, Daten, Addressen und Programme. Somit kann es sein das eine mit einer Daten versucht wird ein Programm zu starten. 

Bsp. 1101 1000 kann bedeuten

• Zeichen "x"
• Dezimal 216
• Hexadezimal D8
  • kann intepretiert werden als "Speicheraddresse" oder "Befehl"

In der ersten Phase wird der Befehl aus dem Speicher ins IR geladen.

In der Phase 2 wird der Befehl entschlüsselt in dem gegebenfalls Daten nachgeladen werden und die Datenverarbeitungseinheit (ALU) die berechnungn durchführt.

Früher waren die mathematisch/logischen Operationen viel langsamer als der Zugriff auf den Speicher was sich im laufe der evolution geändert hat. Somit ist heute der Zugriff auf Speicher und I/O die engstelle da Daten wie auch Befehle über den selben Bus aus dem Speicher geholt werden und daher mehere Zugriffe nötig sind.

1. Instruction Fetch (IF)
   1. Der zu bearbeitende Befehl wird aus dem RAM/ROM ins IR geladen. Anschlissen der PC um eins inkrementiert damit er auf die nächste Addresse der zum nächsten Befehl führt zeigt.
2. Instruction Decode (ID)
   1. Der Befehl wird durch das Steuerwerk in Schaltinstruktionen für das Rechenwerk aufgelöst.
3. Operands Fetch (OF)
   1. Aus dem RAM/ROM werden die Operanden geladen: Die Werte, die durch den Befehl verändert oder als Parameter verwendet. werden.
4. Execute (EX)
   1. Die Operation wird vom Rechenwerk durchgeführt. Hier kann das Programm Sprungebehle geben wenn gewüscht.
5. Write Back (WB)
   1. Das Ergebniss der Operation wird nun ausgegeben und/oder ins Register/Speicher abgelegt. Zyklus beginnt neu.

Die Harvard Architektur welche über physikalisch getrennte Befehl- und Datenspeicher wie auch auf separate Daten- und Adressbusse