Kapitel 5 - Rechnerarchitektur

Wir studieren die Gesamtarchitektur eines Rechners am Beispiel der Hack-Plattform. Insbesondere schauen wir uns das Konzept der Speicherprogrammierung an, und wie ein Rechner anhand des Inhalts eines Speichers gesteuert werden kann. Im zweiten Abschnitt betrachten wir mit der Idee des Memory-Mapped IO eine Technik, wie Peripherie an einen Rechner angebunden werden kann, um Ein- und Ausgaben durchführen zu können.

Abschnitt 1 - Speicherprogrammierung

Folien 1-13

Wir führen in die Grundlagen der Speicherprogrammierung ein. Zunächst betrachten wir den festverdrahteten Prozessor einer frühen Waschmaschine als Beispiel für eine einfache Programmablaufsteuerung mit Befehlsdecodierung. Im zweiten Schritt verallgemeinern wir zur Idee der Speicherprogrammierung und dem "Fetch-Decode-Execute Cycle", und betrachten mit der von-Neumann und Harvard-Architektur die zwei grundlegenden Architekturen eines programmierbaren Rechners.

Index

00:00 Einleitung, festverdrahtete Prozessoren am Beispiel der (frühen) Waschmaschine
03:39 Programmzähler und Befehlsdecoder der Waschmaschine
09:10 Konzept und historische Wurzeln der Speicherprogrammierung
14:17 Fetch-Decode-Execute Cycle, Rechnerarchitekturen (von Neumann vs. Harvard)
18:17 Zusammenfassung und Ausblick

Abschnitt 2 - Die Hack-Plattform

Folien 14-32

Wir studieren die reale Gesamtarchitektur eines Rechners am Beispiel der Hack-Plattform, insbesondere wie Peripherie an den Rechner angebunden werden kann. Kernidee ist Memory-Mapped IO: Ein- und Ausgaben an die Peripherie werden durch Schreiben und Lesen in einem Teil des RAM-Adressraums implementiert. Diese Technik studieren wir anhand von Bildschirm und Tastatur des Hack-Systems.

Index

00:00 Einleitung, Gesamtarchitektur des Hack-Rechners
07:05 Befehls- und Datenspeicher des Hack-Rechners
10:35 Bildschirmspeicher und Abbildung der Bits im Speicher auf Pixel am Bildschirm
19:25 Setzen und Auslesen eines einzelnen Pixels an einer (x,y)-Position
16:20 Tastaturregister, Scan-Codes
28:50 Idee der Memory-Mapped IO: Einblenden von Bildschirm und Tastatur in den RAM-Adressraum
31:25 Zusammenfassung der Hack-Architektur, Hardwaresimulation
34:25 Bemerkung: Vergleich mit der Architektur des Intel 4004 / 8008
39:00 Bemerkung: Rechnerbauteile im modernen PC
41:55 Zusammenfassung und Ausblick