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By Gerhard Schweizer, Thomas Wunsch, Alois Fadini

Dieses Buch wendet sich an den "Neuling" auf dem Gebiet der Mikroprozessortechnik. Nach einer allgemein gehaltenen Einfiihrung, in der auf die binare Darstellungsweise von details und die grundsatzliche Architektur eines Mikrorechnersystems eingegangen wird, stellen wir die Struktur von Maschinenbefehlen anhand des Befehlssatzes zweier M ikroprozessoren vor. Auf diesen Grundlagen bauen die nachsten Abschnitte auf: Die Programmierung des Mikroprozessors und die Hardwarekomponenten, die erst die Kommunikation mit dem approach ermoglichen. SchlieBlich stellen wir Softwarehilfsmittel vor, die eine effiziente Arbeit mit dem Mikro rechnersystem wesentlich erleichtern. Zum SchluB gehen wir auf den Aufbau eines dedizierten platforms ein, wie es fiir spezielle Anwendungen oft erforderlich ist. Um den Praxisbezug herzustellen, haben wir versucht, moglichst anhand von Beispielen zu arbeiten und hoffen, zu einem allgemeinen Verstandnis fiir den Aufbau eines Mikro prozessorsystems und den Umgang damit beizutragen. VII Inhaltsverzeichnis v Vorwort Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI . . . . . . . . . . . 1 Die Von-Neumann-Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 1 Der Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2 Das Rechenwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . three 1. three Steuereinheit und Systembus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . four 1. four Ein-/Ausgabe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . four 2 Der Speicher: Interpretationen von Speicherinhalten, Operationen mit Speicherinhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . five 2. 1 Zahlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . five 2. 1. 1 Dezimalsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . five 2. 1. 2 Dualsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 1. three Hexadezimalsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 1. four BCD-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 1. five Konvertierung Dezimal in twin und Umkehrung . . . . . . . . . . . . eight 2. 1. 6 Konvertierung Dual/Dezimal fiber Hexadezimalzahlen . . . . . . . . eleven 2. 2 Operationen mit Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . thirteen 2. 2. 1 B inare arithmetische Operationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . thirteen a) upload ition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . thirteen b) Subtraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . thirteen c) Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sixteen d) Multiplikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sixteen e) department . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 f) BCD-Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 Der Speicher 22 a) OR (ODER, Inklusiv-ODER) Die logische ODER-Funktion zweier unabhangiger Variablen zeigt die Wertetabelle: y o o 1 1 o o 1 1 1 1 o 1 Bei der ODER-Funktion nimmt Y den wert 1 an, wenn wenigstens eine der beiden Variablen Xl oder X2 den Wert 1 hat. a. Zusammensetzen von Operanden 0011 0000 0000 0111 0011 0111 Herleitung mit NOT und AND Beispiel: A v B , (,AA,B) A v B (0101 v 0001) = 0111 ,(,(0101)A,(0011» , (1010 A 1100) , (1000) 0111 Anmerkung: Es ist auch moglich, aus NOT und OR alle herleitbaren logischen Operationen aufzubauen!

Die Ausflihrung einer Makroinstruktion erfolgt in mehreren Schritten, die genau zeitlich zueinander festgelegt ablaufen. Der zeitliche Ablauf flir die einzelnen Schritte wird von einer Zeitsteuerung ~ (Takt) vorgegeben. Der logische Ablauf wird entweder durch eine festverdrahtete Logik oder durch programmierte Mikroinstruktionen - das sind ebenfalls Befehle, die aber dem Benutzer eines Mikroprozessors nicht mehr bekannt sind, wohl aber der Steuereinheit - bestimmt. 1 Befehlsausfiihrung mittels Mikroinstruktionen Jede Abarbeitung eines Befehls zerfallt in drei Teile - Befehl holen (instruction fetch), PC inkrementieren, - Befehl decodieren, - Befehl ausflihren.

Iefert. e erzeugt werden rnussen, stehe in einern sog. Mikroinstruktionsspeicher (MIS) in der Steuereinheit. ~ H 0 CII CII (I) N 0 H 0 '0 H X' X ..... a ..... :J ~(I) ~ Q. :J 0" ..... H (I) < (I) :J H (I) rt :J ~ .... w 0" (8]C(2lChl III R :~El A4 AS SP D I. R1 R2 R3 S ElE1;;. 1M r Schaltsignale ~ ~ dp lL " 1" h Y1 "P'_'" 0 "U :;0 LU Oatenbus ~IRW~ I ~,n " I IN I I :;0 IT) ;:r: n IT) -u VI ;::. m 0 N 0 "0 .... 0 ;0;- s: ~ CD .... en a. :::J c =? 3 Der Befehlszyklus des Mikroprozessors Ein Wort im MIS bestehe aus drei Teilen: den erfordel:lichen Schaltsignalen fur alle Tore, der Mikroinstl:uktion und der Mikroinstruktionsadresse, unter der die nachste auszufuhrende Mikroinstruktion steht.

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