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Rechnerarchitektur, 2nd Edition

Book Description

Eine hochkomplexe Architektur verbirgt sich auf engstem Raum – dem Prozessor. Schritt für Schritt führt der Autor in den grundlegenden Aufbau moderner Rechner ein. Anschaulichkeit und Nachvollziehbarkeit stehen dabei im Vordergrund. Verbreitete Rechnerarchitekturen, Schaltnetze, arithmetische und logische Operationen gehören ebenso zum Inhalt des Lehrbuchs wie Speichermedien, Schnittstellen oder Multiprozessorsysteme. Das Buch deckt den typischen Stoff einer einführenden Vorlesung zur Rechnerarchitektur an Hochschulen ab. Mit über 120 Aufgaben incl. Lösungen eignet sich das Buch hervorragend für das Selbststudium oder zur Vor- und Nachbereitung einer Vorlesung.

Table of Contents

  1. Cover
  2. Titelseite
  3. Impressum
  4. Vorwort zur 2. Auflage
  5. Vorwort
  6. Inhaltsverzeichnis
  7. Teil 1: Grundlagen
    1. 1 Einleitung
      1. 1.1 Grundbegriffe
      2. 1.2 Einheiten
      3. 1.3 Geschichte
      4. 1.4 Arten von Computern
    2. 2 Allgemeiner Aufbau eines Computersystems
      1. 2.1 Blockdiagramm und grundlegende Abläufe
      2. 2.2 Detaillierteres Computermodell
      3. 2.3 Speicher und E/A-Bausteine
      4. 2.4 Prozessor und Busse
      5. 2.5 Taxonomien
    3. 3 Performance und Performanceverbesserung
      1. 3.1 Angabe der Rechenleistung
      2. 3.2 Caching
        1. 3.2.1 Caching beim Lesen von Daten
        2. 3.2.2 Caching beim Schreiben von Daten
        3. 3.2.3 Cacheable Area
        4. 3.2.4 Cache-Hierarchien
      3. 3.3 Pipelining
    4. 4 Verbreitete Rechnerarchitekturen
      1. 4.1 CISC-Architektur
      2. 4.2 RISC-Architektur
      3. 4.3 VON-NEUMANN-Architektur
      4. 4.4 Harvard-Architektur
  8. Teil 2: Digitaltechnik
    1. 5 Grundlegende BOOLEsche Verknüpfungen
      1. 5.1 BOOLEsche Algebra und Digitaltechnik
      2. 5.2 Gatter
        1. 5.2.1 Treiber und Identität
        2. 5.2.2 Inverter und Negation
        3. 5.2.3 UND-Gatter und Konjunktion
        4. 5.2.4 NAND
        5. 5.2.5 ODER-Gatter und Disjunktion
        6. 5.2.6 NOR
        7. 5.2.7 XOR und Antivalenz
        8. 5.2.8 XNOR und Äquivalenz
      3. 5.3 Gesetze der BOOLEschen Algebra
    2. 6 Komplexere Schaltnetz-Komponenten
      1. 6.1 Adressdecoder
      2. 6.2 Multiplexer und Demultiplexer
        1. 6.2.1 Multiplexer 2:1
        2. 6.2.2 Demultiplexer 1:2
        3. 6.2.3 Multiplexer n:1
        4. 6.2.4 Demultiplexer 1:n
        5. 6.2.5 Multiplexer m × n:n
      3. 6.3 Varianten der Schaltzeichen
      4. 6.4 Digitaler Komparator
      5. 6.5 Addierer
      6. 6.6 ALU
    3. 7 Schaltwerke
      1. 7.1 RS-Flipflop
      2. 7.2 Arten von Eingängen
        1. 7.2.1 Vorrangige Eingänge
        2. 7.2.2 Taktzustandssteuerung
        3. 7.2.3 Taktflankensteuerung
        4. 7.2.4 Asynchrone Eingänge
      3. 7.3 D-Flipflop
      4. 7.4 Register und Schieberegister
      5. 7.5 T-Flipflop
      6. 7.6 JK-Flipflop
      7. 7.7 Zähler
  9. Teil 3: Arithmetik
    1. 8 Zahlendarstellung
      1. 8.1 Vorzeichen-Betrags-Darstellung
      2. 8.2 Einerkomplement
      3. 8.3 Zweierkomplement
    2. 9 Arithmetische und logische Operationen
      1. 9.1 Arithmetische Operationen
      2. 9.2 Logische Operationen
      3. 9.3 Bitoperationen in C und C++
    3. 10 Rechnen mit vorzeichenlosen Dualzahlen
      1. 10.1 Addition und Subtraktion
      2. 10.2 Multiplikation und Division
    4. 11 Rechnen in der Vorzeichen-Betragsdarstellung
      1. 11.1 Addition und Subtraktion
      2. 11.2 Multiplikation und Division
    5. 12 Rechnen im Zweierkomplement
      1. 12.1 Addition und Subtraktion
      2. 12.2 Multiplikation und Division
      3. 12.3 Fazit
    6. 13 Ganzzahl-Rechenwerk
      1. 13.1 Beispiel-Rechenwerk
      2. 13.2 Ergänzende Betrachtungen
      3. 13.3 Beispiel: Addition
      4. 13.4 Beispiel Multiplikation
    7. 14 Gleitkommarechenwerk
      1. 14.1 Darstellung von Gleitkommazahlen
      2. 14.2 Umwandlung von Dezimalbrüchen in Dualbrüche
      3. 14.3 Ein Beispiel-Gleitkommarechenwerk
        1. 14.3.1 Addition und Subtraktion
        2. 14.3.2 Multiplikation
        3. 14.3.3 Division
  10. Teil 4: Prozessoren
    1. 15 Maschinensprache
    2. 16 Steuerwerk
    3. 17 Mikroprogrammierung
      1. 17.1 Konzept
      2. 17.2 Beispiel-Mikroprogrammsteuerung
      3. 17.3 Befehlssatzentwurf
      4. 17.4 Erweiterung der Mikroprogrammsteuerung
    4. 18 Spezielle Techniken und Abläufe im Prozessor
      1. 18.1 Befehlszyklus
      2. 18.2 Strategien bei Programmverzweigungen
      3. 18.3 Out of Order Execution
      4. 18.4 64-Bit-Erweiterungen
      5. 18.5 Sicherheitsfeatures
    5. 19 Multiprozessorsysteme
      1. 19.1 Ansätze zur Performancesteigerung
      2. 19.2 Aufwand für Parallelisierung
      3. 19.3 Topologien
      4. 19.4 Datenübertragung
      5. 19.5 Software für Multiprozessorsysteme
      6. 19.6 Speicherzugriff
      7. 19.7 Konsistenz
    6. 20 Digitale Signalprozessoren
      1. 20.1 Einsatzgebiete
      2. 20.2 Zeitabhängige Signale und Signalverarbeitungskette
      3. 20.3 Analoge Vorverarbeitung und A/D-Wandlung
      4. 20.4 Spektralanalyse
      5. 20.5 Operationen im Frequenzbereich
      6. 20.6 D/A-Wandlung und analoge Nachbearbeitung
      7. 20.7 Architektur-Besonderheiten von DSP
  11. Teil 5: Speicher und Peripherie
    1. 21 Speicherbausteine
      1. 21.1 Arten von Speichermedien
      2. 21.2 Halbleiter-Speicher
      3. 21.3 Statisches und dynamisches RAM
      4. 21.4 Speicherorganisation auf Chipebene
      5. 21.5 Interfacing und Protokolle
      6. 21.6 Speichermodule
      7. 21.7 Flash Speicher
    2. 22 Speicherverwaltung
      1. 22.1 Programme und Prozesse
      2. 22.2 Virtueller Speicher
      3. 22.3 Segmentierung und Swapping
      4. 22.4 Paging
    3. 23 Datenübertragung und Schnittstellen
      1. 23.1 Leitungstheorie
      2. 23.2 Serielle und parallele Datenübertragung
      3. 23.3 Das OSI-Modell
      4. 23.4 Codierung
        1. 23.4.1 NRZ-Codierung
        2. 23.4.2 Manchester-Codierung
        3. 23.4.3 NRZI-Codierung
        4. 23.4.4 MLT3-Codierung
        5. 23.4.5 Bit Stuffing, 4B/5B- und 8B/10B-Codierung
      5. 23.5 Fehlererkennung und Fehlerkorrektur
      6. 23.6 Beispiel USB
    4. 24 Festplatte
      1. 24.1 Aufbau
      2. 24.2 Datenorganisation
      3. 24.3 Partionierung und Formatierung
      4. 24.4 Serial-ATA-Schnittstelle
      5. 24.5 Performance
      6. 24.6 Verfügbarkeit
    5. 25 Optische Datenspeicher
      1. 25.1 Standards
      2. 25.2 Aufbau
      3. 25.3 Verfügbarkeit
      4. 25.4 Leseverfahren
      5. 25.5 Vermeidung, Erkennung und Korrektur von Fehlern
  12. Zusammenfassung und Schlussworte
  13. Literaturverzeichnis
  14. Index
  15. Fußnoten