Technische Grundlagen 1 - Q1
Wirtschaftsinformatik, Technische Grundlagen der Informatik 1, 1. Semester - Begriffsdefinition - Geschichte - Computerhardware (Informationsdarstellung, Rechnerorganisation) - Grundlagen von Betriebssystemen
Wirtschaftsinformatik, Technische Grundlagen der Informatik 1, 1. Semester - Begriffsdefinition - Geschichte - Computerhardware (Informationsdarstellung, Rechnerorganisation) - Grundlagen von Betriebssystemen
Kartei Details
| Karten | 186 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Informatik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 08.09.2015 / 08.09.2019 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/technische_grundlagen_1_q1
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Was ist ein Compiler?
Programm, das Instruktionen einer Programmiersprache durch Instruktionen der Maschinensprache ersetzt, sodass das neu entstandende Programm von der Maschine ausgeführt werden kann (sozusagen Übersetzer).
Was ist ein Interpreter?
Programm, das Instruktionen einer Programmiersprache nacheinander als entsprechende Instruktionsfolgen der Maschinensprache ausführt (sozusagen Simultan-Dolmetscher).
Erklären Sie die Mehrschichtigkeit eines Rechners.
Ein hypothetischer Computer, der eine Programmiersprache ausführen kann, wird als virtuelle Maschine mit der Programmiersprache als Maschinensprache bezeichnet. Virtueller Maschinen können geschichtet werden, die unterste Schicht setzt auf der Hardware auf. Mit der Schichtung kann von der Hardware abstrahiert werden (Hardwareunabhängigkeit).
Wozu dient der Taktgeber (Clock)?
Synchronisation von Operationen, da in vielen Schaltungen die Reihenfolge, in der Ereignisse passieren, von Bedeutung ist.
Wo ist der Taktgeber enthalten?
im Steuerwerk der CPU
Was macht das Operationswerk?
Ausführung von Operationen auf Operanden (arithmetische und logische Operationen, Bitmanipulationen und -verknüpfungen)
Wie wird das Operationswerk auch genannt?
ALU - arithmetical logical unit
Was sind Register?
in die CPU integrierte Speichereinheiten mit extrem kurzen Zugriffszeiten für die Zwischenspeicherung von kleinen Datenmengen
Nenne Beispiele für Spezialregister.
- Befehlsregister: Speicherung des gerade auszuführenden Befehls
- Befehlszähler: Speicheradresse des nächsten auszuführenden Befehls (instruction pointer)
- Statusregister: Informationen über das Ergebnis der letzten Operation
Was macht das Steuerwerk?
Steuerung des Verarbeitungsflusses
- Ausführungsreihenfolge von Befehlen
- Bereitstellen der Daten für das Operationswerk
- Dekodierung von Befehlen
Aus welchen Schritten besteht ein Befehlszyklus und welche Komponente ist für die jeweiligen Schritte verantwortlich?
- Befehl aus Speicherplatz, auf den Befehlszähler zeigt, in Befehlsregister laden (Steuerwerk)
- Befehl decodieren und Befehlszähler erhöhen (Steuerwerk)
- eventuell weitere benötigte Operanden in Mehrzweckregister laden (Steuerwerk)
- Befehl ausführen (Operationswerk)
- Ergebnis in Register oder Speicherstelle schreiben (Steuerwerk)
Wie setzt sich ein Befehl zusammen?
Operationsteil und optional Operandenteile (direkte Angabe des Operanden oder die Adresse)
Nenne verschiedene Befehlsformate und erläutere zu kurz.
- Nulladressbefehl: kein Operandenteil, Quell- und Zieladresse der Operanden implizit im Operationsteil
- Einadressbefehl: Adressierung eines Operanden, implizite Adressierung eines speziellen Registers
- Zweiadressbefehl: Adressierung beider Operanden, Ziel ist spezielles Register oder zweiter Operand
- Dreiadressbefehl: Adressierung beider Operanden und des Ziels
Nenne Beispiele für Nulladressbefehle.
- No operation (Pause)
- Herunterfahren
- Neustart
Was ist Pipelining?
- quasi parallele Ausführung von Befehlen durch Unterteilung der Befehlsausführung in mehrere Phasen
- nacheinander Ausführung der Phasen eines Befehls
- gleichzeitige Ausführung von Befehlen in anderen Phasen (je Phase ein Befehl)
Welche Einschränkung hat Pipelining?
Zwischen den Befehlen dürfen keine störenden Zwischenbeziehungen existieren.
Mit welcher Formel wird die Ausführzeit für n Befehle beim Pipelining berechnet?
\(t = (n+ p -1) * t_p\)
mit n = Anzahl der Befehle
p = Anzahl der Phasen
\(t_p\) = Phasendauer
Worin können sich Speicher unterscheiden?
- Zugriffszeit
- Zugriffsart (sequentiell, blockweise, wahlfrei)
- Zeitverhalten (persistent, volatil)
- Änderbarkeit (ROM, RAM)
- Kapazität
- (Preis)
Was meint das Lokalitätsprinzip, nach dem Cache-Speicher funktionieren?
In einem bestimmten Zeitraum wird nur auf einen relativ kleinen Bereich der Datenmenge zugegriffen.
Zeitliche Lokalität: der Zugriff auf eine Speicherzelle lässt es erwarten, dass in naher Zukunft wieder auf sie zugegriffen wird.
Räumliche Lokalität: Wenn auf eine Speicherzelle zugegriffen wird, erfolgt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Zugriff auf eine benachbarte Speicherzelle.
Welche Hierarchie gibt es bei Cache-Speichern?
- L1-Cache in der CPU
- L2-Cache auf CPU oder außerhalb
- L3-Cache meist auf dem Mainboard
Was ist ein Cache?
kleiner, schneller Pufferspeicher, z.B. zwischen CPU und Hauptspeicher
Wofür stehen SRAM und DRAM und welche Eigenschaften haben sie?
SRAM: Statisches RAM, Speicherzellen mit je 2 Transistoren, kein Auffrischen der Daten nötig, höhere Herstellkosten als DRAM, häufig für Cache genutzt
DRAM: Dynamisches RAM, Speicherzellen mit je einem Transistor und einem Kondensator, Datenspeicherung in Form elektrischer Ladung im Kondensator, Auffrischen der Daten nötig (Kondensator verliert ab und an einige Elektronen), niedrigere Herstellkosten als SRAM, häufig für Arbeitsspeicher genutzt
Wie ist eine Festplatte aufgebaut?
Vorstellbar wie bei einer Schallplatte:
viele konzentrische Spuren auf einer Scheibe mit vielen Blöcken (kleinste mögliche Speichereinheit, Ansammlung an Speicheradressen)
Gesamtheit aller Blöcke mit den gleichen Winkelkoordinaten bildet einen Sektor
Schreib- und Lesekopf kann sich über rotierende Platte von außen nach innen bewegen und so alle Blöcke erreichen
Wofür dienen Bussysteme?
Sie bilden die Verbindung zwischen Systemkomponenten. Der Zugang wird vom Buscontroller geregelt.
Woraus bestehen Bussysteme?
Datenbus, Adressbus, Steuerbus
Auf welche Weise kann der Transfer erfolgen?
parallel (n Bit pro Takt) oder seriell (1 Bit pro Takt)
Mit welcher Gleichung wird die Leistungsfähigkeit von Bussystemen definiert?
Bandbreite = Bitbreite * Taktfrequenz
Anzahl Bit, die pro Sekunde übertragen werden können
Wie kann das Betriebssystem definiert werden?
"Zusammenfassende Bezeichnung für alle Programme, die die Ausführung der Benutzerprogramme, die Verteilung der Betriebsmittel auf die einzelnen Benutzerprogramme und die Aufrechterhaltung der Betriebsart steuern und überwachen." (Duden Informatik)
Welches Nachteil bringt die Black-Box-Betrachtung des Betriebssystems als klassisches Ideal des Software Engineerings mit sich (Schnittstelle als Maß aller Dinge, keine Betrachtung der Implementierung)?
- ohne Kenntnisse der Implementierungsdetails kann es zu überhöhtem Ressourcenverbrauch oder einer unbefriedrigenden Ausführungsgeschwindigkeit kommen
- bei performancekritischen Anwendungen sind Betriebssystemdetails teils von entscheidender Bedeutung
Welche Betriebssystemarchitekturen gibt es?
Monolithische Systeme, Geschichtete Systeme, Mikrokernsysteme
praktisch häufig Mischformen
Was zeichnet monolithische Systeme aus?
- keine oder unklare Systeme
- Teilfunktionen nicht klar mit Schnittstellen abgegrenzt
- meist evolutionär gewachsen
Was zeichnet geschichtete Systeme aus?
- Teilfunktionen hierarchisch auf mehrere Schichten verteilt
- jede Schicht realisiert bestimmte Funktionsgruppe
- Funktionen bauen nur auf Funktionen der jeweils tieferen Schicht auf
Was zeichnet Mikrokernsysteme aus?
- zentrale Funktionen in einem Kernteil (Mikrokern)
- Mikrokern enthält 4 Basisdienste: Nachrichtenübermittlung, Speicherverwaltung, Prozessorverwaltung, Gerätetreiber
- übrige Funktionen als "Serverdienste" ausgeführt
Wie lassen sich Betriebssysteme klassifizieren?
- Stapelverarbeitung (klassische Großrechnerbetriebssysteme)
- Time-Sharing-Betrieb (Zuteilung von Zeitscheiben, scheinbar exklusiver Zugriff)
- Echtzeitbetriebssystem (Priorisierung von Prozessen, Ausführung innerhalb fester Zeitschranken, reaktive Systeme - schnelle Reaktion auf Signale der Umgebung) --> mehr oder weniger moderne Betriebssysteme
Welche Aufgaben hat ein Betriebssystem?
- hardwareunabhängige Programmierschnittstelle
- Ressourcenverwaltung
- Ein-/Ausgabefunktionen
- Sicherheits-/Schutzmechanismen
- Speicherverwaltung
- Prozessorverwaltung
Welche Verwaltungsfunktionen gibt es bei der Ressourcenverwaltung und wozu dienen sie?
- Zuweisung von Ressourcen (exclusive/shared)
- Buchhaltung (bspw. zur Abrechnung oder Systemoptimierung)
- Sicherheitseinstellungen (Zugriffssteuerung, Schutz, etc.)
Wie findet die Kommunikation zwischen Ein-/Ausgabegeräten und dem Prozessor statt?
- Jedes Gerät hat lokalen Pufferspeicher (buffer).
- Prozessor kommuniziert mit lokalem Pufferspeicher.
- Ein-/Ausgabe erfolgt zwischen Gerät und Pufferspeicher.
- Gerät informiert Prozessor über Beendigung einer Operation durch Interrupt.
Auf welchen beiden Wegen kann die Ein-/Ausgabe erfolgen?
synchron: aktives Warten
asynchron: anstoßen und informiert werden
Wohin wird der lokale Pufferspeicher gelegt und warum ist er nötig?
- Lokaler Pufferspeicher wird auf einige Hauptspeicheradressen gelegt.
- IO-Geräte dürfen nicht auf Hauptspeicher zugreifen, da Betriebssystem dann keine Kontrolle darüber hätte.
Was ist ein Interrupt?
hardwareseitiges Steuersignal im Bus zum Prozessor
