Fragen zur Computertechnik

ok... ich werds mir später nochmal genauer ansehen, aber soweit komme ich wohl noch mit :)

@libertarian

Ausgezeichnet. Lass Dir Zeit, die nächsten 2 Tage werd ich kaum Zeit haben, etwas zusammenzustellen.

Frohe Weihnachten :)

@OpenEyes
Wünsch ich ebenso :)

@OpenEyes
Wenn du wieder Zeit hast, sag einfach bescheid :)

@interpreter

Was das Grundsätzliche angeht, Computer beruhen auf Abstraktions-schichten

Eher IT Systeme, welche unteranderem aus Computer bestehen. ein RJ45/48 Kabel, welches z. B. dem 1. Layer zuzuordnen wäre (Physisch).

Mist, beim Zitat fehlt noch die Zeile, sonst ergibt es keinen Sinn:

Was das Grundsätzliche angeht, Computer beruhen auf Abstraktions-schichten
Wiki - OSI Modell.

@roadricus

Ja... nur ist das OSI Modell speziell auf Netzwerktechnik bezogen.

Nicht jeder Computer ist an ein Netzwerk angeschlossen. Folglich ist auch nicht jede Betrachtungsweise auf das Netzwerk bezogen, wie das OSI Modell das ich nur als Beispiel angeführt habe.

@libertarian

So, jetzt kann es weitergehen.

Die wichtigsten Komponeneten für einen einfachen CPU - Baustein haben wir ja schon so gut wie fertig. Und was noch fehlt werden wir eben bei Bedarf genial erfinden :)

Versuchen wir doch einfach, einen ganz einfachen kleinen Computer zu entwerfen. Ehe wir den Lötkolben zur Hand nehmen (symbolisch gemeint) sollten wir uns überlegen, was das Ding denn nun eigentlich alles können soll.

Seien wir bescheiden und versuchen wir, mit 16 verschiedenen wichtigen Befehlen auszukommen:

Rechnen sollte das Ding können. Nichts kompliziertes, Addieren und Subtrahieren muss reichen, alle anderen einfachen Rechenoperationen kann die Software machen.
Also (nennen wir die Befehle mal mit für den Menschen verständlichen Abkürzungen)
ADD (add)
SUB (subtract)
INC (increment)
Wenn wir auch zum Multiplizieren und Dividieren die Software einsetzen, eine Möglichkeit, Binärzahlen nach links und rechts bitweise zu verschieben brauchen wir schon. Und da gibt es zwei verschiedenen Arten: entweder bits, die aus einem Register hinausgeschoben werden in den Bitkübel fallen zu lassen oder sie auf der anderen Seite wieder in das Register zu füttern:
SHL (shift left)
SHR (shift right)
ROL (rotate left)
ROR (rotate right)
Vergleichen sollte das Ding zwei Werte ebenfalls können
CMP (compare)
Und, ganz wichtig, abhänging davon wie ein solcher Vergleich ausgeht muss das Programm an einer anderen Stelle fortgesetzt werden
B (branch unconditional)
BE (branch if equal or zero)
BL (branch if low)
BH (branch if high)
Dann brauchen wir noch einen Befehl um aus dem Speicher zu lesen und einen zum Schreiben in den Speicher:
LDA (load A-Register)
STA (Store A-Register)

Für ADD, SUB, CMP und INC ist der Adder zuständig
SHL, SHR, ROL und ROR lassen wir ein Schieberegister machen
Dann brauchen wir noch ein Register für die Datenadressen und eins für die Befehle.
Außerdem wollen wir als zwischenspeicher noch vier weitere Register einsetzen, nämlic "A, B, C, D" eines davon, wir nehmen A, ist das, wohin mit LDA die Daten aus dem Speicher geladen bzw mit STA in den Speicher zurückgeschrieben werden.

Unser Befehlsformat kann auch recht einfach sein:

Wir bauen eine Ein - Adress - Maschine (derzeit der am häufigsten verwendete Typ) und verwenden ein 16 - Bit Befehlswort, bei dem die ersten 4 Bits der binär codierte Befehlscode und die restlichen 12 Bits die Adresse bilden. Um den Befehlscode auszuwerten brauchen wir nun noch einen Decoder, in unserem Fall einen 16 aus 4 Decoder. Den können wir am einfachsten mit einem kleinen 16 - Bit - ROM mit 16 Speicherstellen realisieren

Was heisst nun "Ein - Adress - Maschine"?
Das bedeutet, dass im Befehl eben immer nur eine Adresse steht, die Daten müssen für die Berechnungen erst aus dem Speicher in ein Rewgister geladen und nach der Operation aus dem Register in den Speicher zurückgeschrieben werden.

Ein ganz einfaches Programm zum Addieren zweier Zahlen auf dieser Maschine könnte wie folgt aussehen:
(Nehmen wir an Zahl1 steht im Speicher auf der Adresse 100, Zahl2 auf 101 und das Ergebnis soll auf 102 abgelegt werden.)

LDA 100 (Zahl 1 -> A Register)
B = A (Zahl 1 von A nach B)
LDA 101 (Zahl 2 -> A Register)
ADD B (Zahl 2 wird zu Zahl 1 addiert)
STA 102 (Das Ergebnis wird in Adresse 102 gespeichert)

Ok, genug für jetzt, morgen geht's weiter, wie in den Fortsetzungsromanen :)

@interpreter
@roadricus
@UffTaTa

Fehler bitte gleich anmeckern :)

@roadricus

roadricus schrieb am 26.12.2010:Was das Grundsätzliche angeht, Computer beruhen auf Abstraktions-schichten
Wiki - OSI Modell.

Das gilt für moderne Computer und natürlich Netzwerke und dient in erster Linie dazu, Übersichtlichkeit und Ordnung in das Chaos zu bringen und einheitliche Schnittstellen zu schaffen. Eine ganz eifache und leicht zu verstehende Maschine wie die, welche wir gerade erarbeiten hat zwar zwei "Schichten", nämlich das Silizium und das darauf laufende Programm, aber das würde ich nicht unbedingt als Abstraktionasschichten bezeichnen.

Ein typisches Beispiel für eine Abstraktionsschicht sind BIOS und Gerätetreiber, die für Windows oder Linux zum Beispiel alle Geräte einer Kategorie (alle Festplatten, alle Grafikkarten etc) gleich aussehen lassen

@OpenEyes

OpenEyes schrieb:Und da gibt es zwei verschiedenen Arten: entweder bits, die aus einem Register hinausgeschoben werden in den Bitkübel fallen zu lassen oder sie auf der anderen Seite wieder in das Register zu füttern:

Was ist ein Bitkübel?
Kannst du mir das genauer erklären?

also im Internet finde ich nichts zu diesem Bitkübel, kanns aber sein dass das einfach der Arbeitsspeicher ist?

@libertarian

Entschuldigung, das war Computertechniker - Slang :)

Bitkübel heisst einfach, die Bits gehen verloren, werden weggeworfen, wie in einem Mistkübel.

Beim einfachen Shiften werden alle Bits in einem Register verschoben und was am Ende nicht mehr in's Register passt wird "weggeworfen". Beispiel:

vor dem Shift
10001010111
nachher
00010101110

das werthöchste Bit ganz links geht verloren und rechts werden Nullen nachgeschoben.

Bei der Rotate - Operation wird das Bit,das links rausfliegt rechts wieder eingefügt. Dann sieht das so aus:

vor dem Shift
10001010111
nachher
00010101111

Die 1 ganz links taucht rechts wieder auf.

@libertarian

Nachsatz: Du findest manchmal dieses "wegwerfen" auch als WOM (write only memory) oder dev->null (nicht existierendes Gerät)

Ah.... ok :)

@libertarian

http://books.google.at/books?id=1qfGmT3XkfYC&pg=PA130&lpg=PA130&dq=bitk%C3%BCbel&source=bl&ots=siU2S5C7pF&sig=xiLhS3kDdLFdEMnHBN8YSHVV_2k&hl=de&ei=4eEcTYzyA8Kb8QOq0cXSBQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=5&ved=0CCwQ6AEwBA#v=onepage&q&f=false

Verdammt langer Link - hier findest Du den Ausdruck auf Seite 130 dritte spalte ganz oben. Die Seite kann überhaupt recht hilfreich sein wenn es um Fachausdrücke im weitesten Sinn geht.

@OpenEyes
Werd mich mal reinblättern :)

@interpreter

interpreter schrieb am 26.12.2010:@roadricus

Ja... nur ist das OSI Modell speziell auf Netzwerktechnik bezogen.

Nicht jeder Computer ist an ein Netzwerk angeschlossen. Folglich ist auch nicht jede Betrachtungsweise auf das Netzwerk bezogen, wie das OSI Modell das ich nur als Beispiel angeführt habe.

Und was habe ich geschrieben? Du hast OSI-Modell angegeben als Thema zum Nachschlagen bezüglich CPUs, deswegen, weil es ja damit nichts direkt zu tun hat habe ich das doch auch geschrieben ? he? O.o

@OpenEyes

OpenEyes schrieb:Das gilt für moderne Computer und natürlich Netzwerke und dient in erster Linie dazu, Übersichtlichkeit und Ordnung in das Chaos zu bringen und einheitliche Schnittstellen zu schaffen.

Nein, das OSI-Modell ist speziell für Kommunikation zwischen Systemen ausgelegt und hat definitiv keine 2 Layer. Darum ging es. Deswegen passt das hier nicht zum Thema.

@roadricus

Da hast Du schon recht, das ISO/OSI Modell ist ein spezifisches Schichtmodell für die Kommunikation zwischen Systemen und hat unter anderem die Aufgabe, verschiedene Netzwerkprotokolle und unterschiedliche Netwerk - Hardware für die jeweils übergeordnete Schichte transparent zumachen.

Was ich meinte ist, dass, wenn auch nicht unter der Bezeichnung ISO/OSI, in allen modernen Datenverarbeitungs - Systemen ein Schicht - Modell zur Anwendung kommt. Denk nur an HAL in Windows (Hardware Abstraction Layer)

Aber Du hast recht, für das Thema ist auch das bei Weitem zu früh in's Gespräch gekommen :)

Ich wünsch Dir ein Jahr 2011, welches das bisher schönste in deinem Leben und in dem Deiner Lieben sein möge

*edit*

Danke OpenEyes, wünsch ich dir ebenso :-)

Je weiter sich die Technik entwickelt, desto mehr Abstraktionsebenen haben wir und desto schwieriger ist es das "warum" dahinter zu verstehen. Oder besser gesagt, man muss meher Zeit dafür aufwenden, die "Wurzeln" des Ganzen zu ergründen.

@OpenEyes

Du hast es schon aus dem Kontext beschrieben, dass die ganzen Schaltunen für die Operationen vorhanden sind, aber die Funktionsweise aus direkter Nähe beschrieben. Was steckt aber hinter den ganzen Operationen, von dennen wir ausgehen, dass sie bereits verfügbar sind?

Es sind Schaltkreise, die aus vielen Transistoren zusammengestellt werden, die als sogenannte Gatter verwendet werden. Man nutzt unterschiedliche Gatter mit unterschiedlichen Schalteingeschaften (z. B. UND-Gatter, NOT-Gatter). Die Information ist dabei nichts weiter als die anliegende (1) oder nicht anschliegende Spannung (0). Möchte man also an den Informationen bestimmte Operationen durchführen, so werden diese über das CPU-interne Bussystem (el. Leiter, 1 Leiter = 1 bit. Spannung liegt an = 1, ansonsten 0) mithilfe dieser Schaltungen "verändert". Das Ergebnis ist das, was an den ausgehenden Leitungen "zurückkommt". Das ist eigentlich alles ziemlich ungenau und simpel erklärt. Ein UND-Gatter wüde nur dann Leiten, wenn beide anliegende Leitungen unter der vorausgesetzen Spannung sind. Ist eine der Leitung nicht unter Spannung (Statt 1 & 1 haben wir also 1 & 0) würde das Ergebnis 0 sein. Die Gatter würde also nicht Leiten. Das könnte wieder eine spezielle Auswirkung auf die folgenden Transistoren haben. Bei der Addition könnte man für das Addieren von 2x 2-bit Zahlen 2 OR-Gatter nehmen. 2 Eingehende Leitungen für jeden OR-Gatter.

1. OR-Gatter. 1 Leiter für das erste Bit der ersten Zahl und ein Leiter für das erste Bit der zweiten Zahl.
2. OR-Gatter siehe oben, nur jeweils für das zweite Bit jeder Zahl.


Hier stellt sich dann wiederum die Frage, was die Information (Spanung an den Leitern) überhaupt steuert, sodass diese über an die richtige Schaltkreise (welche die Operationen durchführen) "übergeben" werden? Man kann hier weiter ausbauen. Natürlich gibt es auch wieder Schaltkreise, die auf die selbe Art und Weise die Steuerung führen. Es gibt immer einen gewissen Teil in der Hardware der nicht Programmierbar ist, der Rest kommt als Externe Information über Inputs, aus nicht flüchtigen Speichermedien. Was fest ist, sind eben die von OpenEyes als Beispiel genannten Operationen, aber auch das Steuersystem der CPU. Und das ist noch lange nicht alles.