5.7 Computersysteme I, Leitwerk

David Bratschke
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Description

Informatik (Computersysteme I) Flashcards on 5.7 Computersysteme I, Leitwerk, created by David Bratschke on 11/29/2017.

Resource summary

Question Answer
Welche Aufgabe hat das Leitwerk? Maschinenbefehle (bzw. Makrobefehle) aus dem Hauptspeicher ins Befehlsregister zu laden und anschließend zu interpretieren
Warum wird heutzutags in der Praxis ausschließlich die Mehrzyklenarchitektur angewandt, auch wenn eine Einzyklenarchitektur möglich wäre? Weil dadurch aufwendige Funktionseinheiten wie z.B. eine ALU zeitlich versetzt genutzt werden können und daher nicht mehrfach vorhanden sein müssen
Welchen Nachteil haben Einzyklenarchitekturen aufgrund ihrer tiefen Schaltnetze sehr lange Verzögerungszeiten und somit deutlich geringere Taktfrequenzen.
Wie wird bei einer Multizyklenarchitektur ein Befehl grundsätzlich verarbeitet? Diese wird durch eine Folge von Steuerwörtern (Mikrobefehle) für Rechenwerk, Speicher und Ein/Ausgabe umgesetzt
Auf welche zwei Arten können bei einer Mehrzyklenarchitektur grds. die einzelnen Mikrobefehle durch die Ablaufsteuerung erzeugt werden? entweder festverdrahtet oder als Mikroprogramm-Steuerwerk
Welche Variante zur Implementierung der Mikrobefehle wird bei CISC-Architekturen eingesetzt? Ein Mikroprogrammsteuerwerk, weil der Befehlssatz in der Regel sehr umfangreich und komplex ist
Bei welchen Architekturen kann das sog. Pipelining in Zusammenhang mit einer Mehrzyklenarchitektur genutzt werden? Bei RISC-Architekturen, wenn die Befehlsstruktur gleich ist
Welche Vorteile bietet eine Mehrzyklenarchitektur in Zusammenhang mit Pipelining? es können mehrere Maschinenbefehle zeitlich überlappend in durch Register voneinander entkoppelten Hardwarestufen ausgeführt werden, somit erreicht man sehr hohe Taktraten und das Leitwerk vereinfacht sich wesentlich
Auf welche Komponenten reduziert sich das Leitwerk bei Verwendung einer Mehrzyklenarchitektur mit Pipelining? es besteht im Grunde nur noch aus einem Decodierschaltnetz für den Opcode
Welche Vorteile haben Mikroprogrammsteuerwerke für die Ablaufsteuerung? Diese können leichter entwickelt und gewartet werden als festverdrahtete Steuerwerke
Was ist der Nachteil von Mikroprogrammsteuerwerken zur Ablaufsteuerung? Sie sind wesentlich langsamer als eine feste Verdrahtung, da sie die Mikrobefehle erst aus dem Steuerwort-Speicher holen müssen.
Ergänze: Um bei Verwendung eines Mikroprogrammsteuerwerks eine hohe Taktrate zu erreichen, muss der Steuerwortspeicher...? sehr schnell sein
Was ist ein Mikroprogramm? Zu jedem Makrobefehl gibt es einen Bereich im Steuerwort-Speicher, der die zugehörigen Mikrobefehle enthält und den man als Mikroprogramm bezeichnet.
Wodurch wird der Befehlssatz eines Prozessors definiert? durch die Menge sämtlicher Mikroprogramme
Lassen sich die Mikroprogramme (Firmware) durch den Anwender verändern? Bei den meisten Rechnern nicht, diese haben einen festen Befehlssatz
Worüber verfügen mikroprogrammierbare Rechner zusätzlich ggü. "normalen" Rechnern? Zusätzlichen RAM zur Aufnahme der Mikroprogramme
Welche zusätzlichen Möglichkeiten bietet die Mikroprogrammierung gegenüber einer festen Verdrahtung? Grundsätzlich mehr Flexibilität, so z.B. die Emulation anderer Rechner.
Womit kann man Mikroprogramme entwickeln ? Dafür gibt es symbolische Sprachen, die mit Assemblern vergleichbar sind. Man nennt sie daher auch Mikroassembler
Was ist das Control Memory Adress Register CAMR? dieses hat auf Mikroprogramm-Ebene die gleiche Funktion wie der Programmzähler für Makroprogramme.
Wie wird das CAMR-Register noch genannt? Mikroprogrammzähler
Was passiert mit dem OPCode des Makrobefehls im Mikroprogrammsteuerwerk des Leitwerkes? Dieser wird im Befehlsregister abgelegt und durch ein Schaltnetz in die Startadresse des zugehörigen Mikroprogramms umgeformt.
Was muss am Ende jedes Mikroprogramms passieren? Das Befehlsregister muss mit dem nächsten Maschinenbefehl geladen werden
Warum benötigt man in der Regel ein "reagierendes" Mikroprogrammsteuerwerk? Da während eines Mikroprogramms Interrupts und Status-Flags zu Verzweigungen führen können
Was enthalten Mikrobefehle neben den Steuerbits noch? auch Informationen zur Adresserzeugung für den Mikrobefehlszähler.
Aus welchen zwei Teilen setzt sich ein Mikrobefehl im Wesentlichen zusammen? 1.ein Steuerwort zur Auswahl der Operationen im Rechenwerk, 2. ein Adressauswahlwort, für die Adresse des nächsten Mikrobefehls
Wofür wird der überwiegende Teil des Steuerwortes eines Mikrobefehls benötigt? zur Steuerung von Mikrooperationen im Rechenwerk
Wann können vom Rechenwerk auch mehrere Mikrooperationen gleichzeitig durchgeführt werden? Wenn mehrere Funktionseinheiten im Rechenwerk vorhanden sind
Was ist der Nachteil, wenn das Rechenwerk zuviele Mikrooperationen gleichzeitig durchführen kann? dass damit auch die Zahl der Steuer-Bits bzw. dem Hardwareaufwand des Rechenwerks steigt
Warum verwendet man in der Praxis in der Regel codierte Steuerwörter bei Mikrobefehlen? Wenn anstelle von Multiplexern Schalter oder Bustreiber vor den Registern benutzt werden, können bei uncodierter Ansteuerung Datenpfade geschaltet werden, die auf dasselbe Register führen, sodass diese sich gegenseitig verfälschen
Was unternimmt man in der Regel bei der Mikroprogrammierung, um den Decodierungsaufwand der Steuerwörter gering zu halten? Unterteilung in voneinander unabhängige Felder
Was muss hinsichtlich der Zugriffszeit bezüglich der Codierung der Steuerwörter in der Mikroprogrammierung beachtet werden? dass mit der Decodierung eine Zeitverzögerung verbunden ist, die sich zur Zugriffszeit des Steuerwort-Speichers addiert
Welche zwei Arten von Mikrobefehlen können grundsätzlich unterschieden werden? horizontale und vertikale Mikrobefehle
Was kennzeichnet horizontale Mikrobefehle? viele Steuer-Bits und eine hohe Zahl paralleler Mikrooperationen
Was kennzeichnet vertikale Mikrobefehle? Diese benutzen nur ein Steuerfeld und haben einen hohen Decodierungsaufwand
Wann spricht man von Nanoprogrammierung? Wenn ein zweiter Speicher zur Decodierung langer horizontaler Steuerwörter benutzt wird
Was beschreibt die sog. Befehlssatzarchitektur? Eine Sicht auf die Prozessorarchitektur aus der Perspektive des Programmierers, die nur die vom Prozessor bereitgestellte Funktionalität und nicht deren Realisierung beschreibt
Was ist die sogenannte "Mikroarchitektur"? die logische und technische Implementierung eines Prozessors
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