pVor allem die Verarbeitung (unterstützt durch den Arbeitsspeicher RAM) ist für uns von Interesse. Leider bringt es uns nicht weiter, die entsprechenden Bauteile aufzuschneiden oder einfach zu vergrößern - daher werden wir demnächst auf ein Simulationsmodell zurückgreifen, um die Funktionsweise nachzuvollziehen./pp/pp/p
pCPU, RAM, BUS, ... - bei der Beschäftigung mit Computersystemen begegnen wir unweigerlich vielen Fachbegriffen und Abkürzungen. Vervollständige die angegebenen Tabellen in Deinem Heft, um einen Überblick zu erhalten. Verwende die angegebenen Abkürzungen bzw. Begriffe!/pp/ppVerwende dabei als Quelle das digitale Schulbuch (https://t1p.deASS-EVA-V) und eigene Recherchen!<p>
Abkürzung | engl. Bedeutung | deutsche Bedeutung |
---|---|---|
BIOS | Basic Input Output System | Firmware zur Konfiguration der Hardware eines PCs |
... | ... | .. |
Bauteil | Funktion |
---|---|
Arbeitsspeicher (RAM) | Speicher, der die gerade auszuführenden Programmteile und die benötigten Daten enthält |
... | ... |
pBus(-System), Festplatte, Grafikkarte, HauptplatineMotherboard, Peripherie, Prozessor (CPU)<p>
Speicher | Taktfrequenz | |
---|---|---|
Basiseinheit | 1 Byte (=8 Bit) | Hertz |
Bedeutung | Sammeleinheit für 8 Informationen vom Typ | Rechenvorgänge pro Sekunde |
Präfix | Bedeutung | Präfix | Bedeutung | |
---|---|---|---|---|
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pDer Murmelrechner ist ein Simulationsmodell, bei dem ihr die Rolle ausgewählter Bauteile eines Rechnersystems übernehmt und damit die Verarbeitung von Rechenaufgaben durch ein Computersystem analysieren könnt./ppDer Name kommt von den Murmeln (es geht auch mit Holzperlen, Bohnen, ...), die zur Darstellung von Zahlenwerten verwendet werden./pp/ppDamit bei der Durchführung auch alles funktioniert, müsst ihr die Bauteile und ihre Funktion verstehen. Lest bitte alle Erklärungen genau durch und stellt, wenn nötig, Fragen!/p
pDer Speicher wird durch Plastikbecher symbolisiert, die von Null an aufsteigend nummeriert sind. Die Anzahl der Murmeln in den Behältern gibt den darin gespeicherten Zahlenwert an. Die Nummern der Gefäße sind wichtig, damit immer klar ist, welche Speicherzelle gemeint ist. Das Bild zeigt einen Speicher aus sechs Behältern:/p
Adresse | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
---|---|---|---|---|---|---|
Inhalt | 6 | 8 | 10 | 12 | 4 | 0 |
pUm die Möglichkeiten eines Computersystems auf unterster Ebene zu simulieren, müssen wir die möglichen Operationen auf jene begrenzen, die dem Computersystem zur Verfügung stehen./pp/ppWeder wir noch ein Computersystem kann leicht (für uns: mit einem Blick
erkennen, welches von zwei Gefäßen mehr Murmeln enthält, sofern nicht gerade eines davon leer ist. Das Leersein
eines Gefäßes hingegen ist leicht festzustellen./pp/ppEbenso ist es relativ leicht, eine Murmel hinzuzufügen oder zu entfernen./p
pemprüfe, ob in Gefäß 1 noch etwas vorhanden ist /em/ppem wenn ja, dann /em/ppem enferne eine Murmel aus Gefäß 1/em/ppem lege eine Murmel in Gefäß 0 /em/ppem beginne wieder am Anfang/em/ppem wenn nicht, dann/em/ppem beende den Vorgang/em/p
pFür das Hinzufügen und das Wegnehmen von Murmeln gibt es Fachbegriffe, die wir zukünftig verwenden werden:/pp/pulliInkrementieren: Erhöhen eines Wertes um 1 Hinzufügen einer Murmel<li>liDekrementieren: Senken eines Wertes um 1 Entfernen einer Murmel<li>/ulp/ppEine Abfolge von Murmelrechnerbefehlen, die der Reihe nach ausgeführt werden können, um eine Aufgabe zu lösen, wird als Murmelrechnerprogramm bezeichnet. Pro Zeile gibt es immer nur einen Befehl./p
pDie Befehle jmp, tst und hlt greifen in den Ablauf des Programms ein, verändern also, ob und welche Befehle als nächstes ausgeführt werden./ppDaher werden sie als uKontrollbefehle/u bezeichnet./pp/ppDer Kontrollbefehl jmp erhält als Parameter die Programmcodezeile, in der das Programm weiter ausgeführt werden soll./ppDer Befehl tst erhält als Parameter die Nummer der zu testenden Speicherstelle und hlt benötigt keine Parameter./p
pDer tst-Befehl ermöglicht es überhaupt erst, Programme für beliebige Probleme zu schreiben. Ohne Nulltest könnte man nur Programme für konkrete Aufgaben (wie 3+2
) schreiben, da es keine Möglichkeit gibt, das Programm erst zu beenden, wenn eine der Eingabespeicherstellen leer ist./pp/ppDer tst-Befehl funktioniert so:/pp/polliTest, ob die angegebene Speicherstelle noch Murmeln enthält/liliWenn ja, dann wird der Befehl in der nächsten Zeile ausgeführt (danach geht die Ausführung je nach Inhalt dieser Zeile normal weiter)./liliWenn nein, dann wird stattdessen in der übernächsten Zeile weiter ausgeführt./li/ol
pDerDie Rechenkünstlerin führt die Rechenbefehle dec und inc sowie den Testbefehl tst aus. Dazu erhält ersie ein Akkumulator
genanntes Gefäß, in dem er die Operationen ausfüht, und ein Vorratsgefäß mit Murmeln, aus demin das ersie die dabei benötigten Murmeln entnimmt bzw. ablegt. Außerdem kann ersie an den Steuermann die Steuerfrau das Ergebnis des Nulltests kommunizieren (ja
nein
)./p
pDiese Rolle gibt den beiden anderen Rollen Anweisungen, was zu tun ist. Dazu erhält ersie das Programm und eine Markierung, mit der verfolgt werden kann, welche Zeile gerade ausgeführt wird.<p>
pDas Modell läuft nur richtig ab, wenn jeder sich auf seineihre Aufgaben konzentriert und die andere ihre machen lässt. Im realen Prozessor gilt ebenso, dass jede Komponente eine klar definierte Aufgabe besitzt und speziell für diese gebaut und optimiert wurde./pp/ppDas bedeutet, die folgenden Rollen haben exklusiven Zugriff auf:/pulliRechenkünstlerIn: Vorrat/liliLaufburscheÜberbringerin: Speichergefäße<li>liSteuermann-frau: Programm<li>/ul
echtesComputersystem
pRechenkünstlerin<p>
pSteuermann-frau<p>
pLaufbursche Überbringerin<p>
Der Prozessor (CPU) besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. Der eine ist das so genannte (englisch: Control Unit, CU). Das teilt große Aufgaben in kleinste Schritte auf und koordiniert ihre Verarbeitung. Der andere Teil ist das (englisch: Arithmetic Logic Unit, ALU). Hier werden die kleinsten Aufgaben aus dem Steuerwerk verarbeitet.
Die notwendige Verbindung zum wird dabei über das als Datenverbindung hergestellt.
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