Rechnerarchitekturen at Duale Hochschule Baden-Württemberg

Datenbus 

Adressbus 

Steuerbus

Nach Neumann 

SDR = Single Data Rate

DDR = Dual Data Rate 

QDR = Quad Data Rate 

Beschreibt wie oft pro Taktperiode Daten übertragen werden.

Floating Point Unit = Arithmetik Prozessor -> früher alles über CPU geladen, heute entkoppelt

Ansammlung von optimierten Rechenalgorithmen

Arbeitet nach UPN(Umgekehrte polnische Notation -> 4 Speicher)

Bsp. Addition (a+b+c)

- Lade ST0 Register mit c

- Push

- Lade ST0 Register mit b

- Push

- Lade ST0 Register mit a

- Addiere a+b -> Ergebnis in ST0

- Addiere ST0+C -> Ergebnis in ST0

- Pop ST0 nach Ziel

heutzutage in CPU integriert

ohne damals 1/100 der Geschwindigkeit zu erwarten

- Lochkarten 

-> Fälschungssicher

Magnetisch

-> Magnetbänder (heute bis zu 12 TB, genutzt als Datensicherung, sequentieller Zugriff -> langes warten durch spulen)

-> Disketten 

-> Magnetplatte (HDD mit Gas gefüllt)

Flash

- SSD

Optisch

- CD-ROM

- DVD

- BLURAY

- große Entwicklungsprung durch Drehung der Magnetisierung || statt --

- SMR (Shingled Magnet Recording)

-> großer Kopf überschreibt manchmal zu viel da Magnet nicht kontrollierbar, aber kleinerer Lesekopf liest trotzdem noch alles richtig

HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording)

-> Laser erhitzt Material -> weniger magnetische Feldstärke zum schreiben benötigt

MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recording)

-> microwellen "weichen" das Material auf -> leichterre übertragung 

Preis Faktor 2 zu HDDs

Weiterentwicklung aus EEPROMS

Löschen dauert lange -> blockweises Löschen (Vorgang: 1. lesen/speichern 2. löschen 3. Änderungen übernehmen 4. speichern)

Vorteile:

Robuster, Schneller, Geräuschlos

Nachteile:
Aufwendige Datenverwaltung, Datenerhalt temperaturabhängig

in Informationsschicht ist stark übersteuertes FM Signal graviert, heißt jedes Signal ist unterschiedlich tief/lang nicht wie Digital 0/1

Software RAID (Redundant Array of independent Disks)

-> OS und CPU regeln das sichern von Daten

Hardware RAID (Redundant Array of independent Disks) 

-> ein dedizierter RAID Controller regelt die Organisation der Daten

Raid 1 

-> 2 identische Platten 

-> verschenkter Speicher

Raid 5 

-> gleichmäßige Verteilung der Daten

-> bei 3 Platten kann eine draufgehen

Raid 0

-> keine Redundanz aber doppelte Lese/Schreib Geschwindigkeit

Neumann:

13- Bit Steuer Bus

32- Bit Adress Bus

16-Bit Daten Bus

Jeweils verbunden mit CPU/RAM/IO

Software kann eigenen Code ändern -> Malware

Harvard:

Daten-Memory-Adress Bus

Daten-Memory-Daten Bus

Programm-Memory-Adress Bus

Programm-Memory-Daten Bus

Steuer Bus

- RAM für Programm und RAM für Daten

- schneller

- eigener Code kann nicht bearbeitet werden

ISA

- 16 bit mit 8,33 MHz

- direkt mit CPU verbunden

PCI

- 32-Bit 33 MHz

- keine direkte CPU Verbindung -> über Controller per Multiplexxing an CPU

- parallele Übertragung

PCI-E

- Lösung für Leiterlängenproblem

- serielle Punkt zu Punktübertragung

- 2,5 GHz

- Hardware(Chipsatz) übernimmt Umwandlung von parallel-seriell-parallel -> Software kriegt nichts davon mit

An der Bitbreite der Register in der CPU bzw. des Datenbusses

8-Bit dead 

16-Bit am aussterben  (64 kByte max RAM)

32-Bit am meisten genutzt (4 GB max RAM)

64-Bit setzt sich langsam durch (16 PB max RAM)

64 bit nur sinnvoll wenn mehr als 4 GB RAM benötigt werden

Also werden nicht alle 64 Bit benutzt, letztes bit(63) No execute bit ( ->  sind das Daten oder Programmcode?)

Normalerweise auch nur 40 Bit bei OS -> ungenutzte Bits

Früher:

Großrechner/Minirechner/Microcomputer/Microcontroller