Technische Grundlagen at Universität Bremen | Flashcards & Summaries

Lernmaterialien für Technische Grundlagen an der Universität Bremen

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TESTE DEIN WISSEN

Welche beiden Hauptaufgaben hat ein Betriebssystem?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Abstraktion 
    • sieht so nur graphische Oberfläche und keinen Code
    • Technik wird abstrahiert
  • Ressourcenverwaltung 
    • RAM
    • CPU
    • Hauptspeicher etc.
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TESTE DEIN WISSEN

Aus welchen logischen Bestandteilen besteht ein Hauptprozessor eines Computers (Central Processing Unit, CPU) typischerweise?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Steuereinheit (Control Unit)
    • steuert den Ablauf der Befehlsverarbeitung
      • Diese Aufgabe erledigt das Steuerwerk, indem es Steuersignale über den Steuerbus an andere Funktionseinheiten sendet und von ihnen empfängt
      • folgt dabei dem Fetch-Execute-Cycle
  • Register
    • Speicherbereich für Daten, auf die der Prozessor besonders schnell zugreifen kann
    • befinden sich in der Nähe der ALU
    • Register stehen an der Spitze der Speicherhierachie und sind daher die schnellste Möglichkeit Daten zu manipulieren, da der Zugriff unabhängig vom Daten- oder Adressbus erfolgt
    • geringe Kapazität und hohe Kosten vs. Geringe Zugriffszeit und hohe Geschwindigkeit
  • ALU (Arithmetische & logische Einheit (Recheneinheit)) --> Atrihmetical Logial Unit
    • wird als Blackbox betrachtet
    • besitzt arithmetische und logische Funktionen
    • berechnet R (Result) aus den Operanden A und ggf. B
      • kann zwei Binärwerte mit gleicher Stellenzahl miteinander verknüpfen
    • Eingang F bestimmt die Funktion
      • arithmetisch: ADD, SUB, MUL, ggf. DIV, CMP (Vergleichsoperator)
      • logisch (NOT, AND, OR, XOR usw.)
      • Shift: SLL, SRL 
        • Binärzahl bitweise nach links oder rechts verschieben
      • einzelne Bits setzen oder löschen
    • minimale ALU
      • ADD, NOT, AND
    • Flags im Statuswort (D) beschreiben das Ergebnis
      • Zero (für Vergleiche gut) => Ergebnis war 0
      • Carry (Cout in höchster Stelle gesetzt)
      • Negative (oberstes Bit gesetzt)
      • Overflow (Ergebnis passte nicht ins Datenwort R)
      • Division by Zero (Ganzzahlige Division durch 0)
    • rechnen mit Gleitkommazahlen ist aufwendigm daher hat man in Hardware heutzutage oftmals eigenen Prozessor für, FPU (FLoating Point Unit)
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TESTE DEIN WISSEN

Wie ist ein Halbaddierer aufgebaut?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Besteht aus zwei Eingängen
  • und zwei Ausgängen
    • einen für Summe --> Output S --> XOR Gatter
    • einen für Übertrag --> Output C --> AND-Gatter
  • AUCH ZEICHNEN KÖNNEN
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TESTE DEIN WISSEN

Warum können nicht einfach mehrere Halbaddiererzusammengeschaltet werden, um mehrstellige binäre Zahlen zu addieren?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Es gibt keinen Carry-In
  • würde aber benötigt werden, um den Übertrag bei der nächsten Stelle berücksichtigen zu können
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TESTE DEIN WISSEN

Welche Schaltung löst das vorgenannte Additions-Problem? Wie ist sie aufgebaut?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Schaltung von mehreren Volladdierer hintereinander
    • 3 Inputs A, B, Carrier-in
    • Ausgänge S & Cout
    • lässt sich durch 2 Halbaddierer & ein Oder-Gatter darstellen
  • 2 XOR, 2 AND, 1OR
  •  --> WISSEN WIE ES GEZEICHNET WIRD
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TESTE DEIN WISSEN

Was ist das Sedezimal- bzw. Hexadezimalsystem?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Darstellung der Zahlen zur Basis 16
  • Um von Sedizimal ins Dezimalsystem zu kommen Summe von di * 16 ^i rechnen
  • Um vom Dezimal ins Hexadezimalsystem zu gelangen Startzahl durch 16 teilen 
    • solange weiter machen, bis die Zahl 0 ist
    • Rest ist jeweils die Zahl
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TESTE DEIN WISSEN

Wozu dienen Zeichentabellen wie z. B. dieASCII-Tabelle?

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TESTE DEIN WISSEN

Um Zeichensätze zu kodieren  und normieren 

--> Mapping der Zeichen auf Zahlen

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TESTE DEIN WISSEN

Was ist eine Festkommazahl?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Festlegen einer festen Anzahl an Nachkommastellen
  • kleinere Zahlen auf den nächsten darstellbaren Wert runden
  • z.B. 9 Stellen vor dem Komma, 23 dahinter
  • immer Abwägung Wertebereich gegenüber Genauigkeit notwendig
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Was ist eine Gleitkommazahl? Was ist  in IEEE 754 festgelegt?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Skalierbarer Zahlenbereich
  • möchte damit Abwägung von Wertebereich gegenüber Genauigkeit bei Floats umgehen
  • bei großen Zahlen geringe absolute Genauigkeit, aber hohe relative Genauigkeit
    • => die Genauigkeit zweier ähnlich repräsentierter Zahlen zueinander ist gut genug
  • Angenährte Darstellung einer reellen Zahl mit gleitendem Komma
  • in IEEE 754 ist die Rechnung davon festgelegt 
    • (-1)^Sign * 2^Exponent-127 *(1+Mantisse) --> einfache Genauigkeit
      • ein Bit Vorzeichen, 8 bits Exponent, 24 Bits Mantisse, besondere Bitkombinationen für zwei Nullen etc.
    • halbe Genauigkeit wäre nur hoch -15
      • ein Bit Vorzeichen, fünf Bits Exponent, 11 Bits Mantisse
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Was ist das Zweierkomplement zur Darstellung negativer Zahlen? Grenze diese Darstellung zum Einerkomplement und der Darstellung mit Vorzeichen ab.

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TESTE DEIN WISSEN
  • Möglichkeit 1: explizites Vorzeichenbit
    • z.B. 1000001 für -1
  • Möglichkeit 2: Einerkomplement
    • alle Bits invertieren + Vorzeichenbit
    • zwei Nullen 2^n-1 = -0 und 0 (=+0)
    • z.B. 111110 für -1
    • 111111 = 0 und 0000 = 0
  • Möglichkeit 3: Einerkomplement +1 => Zweierkomplement
    • eindeutige Darstellung aller Zahlen
    • einfache Implementierung mit Volladdieren
    • hat einen Wert im negativen Bereich mehr, dafür eine 0 weniger
    • 11111 = 1
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Warum ist das Zweierkomplement heute die übliche Darstellung für ganze Zahlen?

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TESTE DEIN WISSEN
  •  es gibt keine doppelte Null gibt 
  • das Invertieren ist technisch einfach
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Warum werden Informationen für die Verarbeitung im Computer gern als Dualzahlen ("binär") dargestellt?

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Da man bei digitalen Schaltungen die Zustände sehr gut unterscheiden kann (Strom fließt, Strom fließt nicht)

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Q:

Welche beiden Hauptaufgaben hat ein Betriebssystem?

A:
  • Abstraktion 
    • sieht so nur graphische Oberfläche und keinen Code
    • Technik wird abstrahiert
  • Ressourcenverwaltung 
    • RAM
    • CPU
    • Hauptspeicher etc.
Q:

Aus welchen logischen Bestandteilen besteht ein Hauptprozessor eines Computers (Central Processing Unit, CPU) typischerweise?

A:
  • Steuereinheit (Control Unit)
    • steuert den Ablauf der Befehlsverarbeitung
      • Diese Aufgabe erledigt das Steuerwerk, indem es Steuersignale über den Steuerbus an andere Funktionseinheiten sendet und von ihnen empfängt
      • folgt dabei dem Fetch-Execute-Cycle
  • Register
    • Speicherbereich für Daten, auf die der Prozessor besonders schnell zugreifen kann
    • befinden sich in der Nähe der ALU
    • Register stehen an der Spitze der Speicherhierachie und sind daher die schnellste Möglichkeit Daten zu manipulieren, da der Zugriff unabhängig vom Daten- oder Adressbus erfolgt
    • geringe Kapazität und hohe Kosten vs. Geringe Zugriffszeit und hohe Geschwindigkeit
  • ALU (Arithmetische & logische Einheit (Recheneinheit)) --> Atrihmetical Logial Unit
    • wird als Blackbox betrachtet
    • besitzt arithmetische und logische Funktionen
    • berechnet R (Result) aus den Operanden A und ggf. B
      • kann zwei Binärwerte mit gleicher Stellenzahl miteinander verknüpfen
    • Eingang F bestimmt die Funktion
      • arithmetisch: ADD, SUB, MUL, ggf. DIV, CMP (Vergleichsoperator)
      • logisch (NOT, AND, OR, XOR usw.)
      • Shift: SLL, SRL 
        • Binärzahl bitweise nach links oder rechts verschieben
      • einzelne Bits setzen oder löschen
    • minimale ALU
      • ADD, NOT, AND
    • Flags im Statuswort (D) beschreiben das Ergebnis
      • Zero (für Vergleiche gut) => Ergebnis war 0
      • Carry (Cout in höchster Stelle gesetzt)
      • Negative (oberstes Bit gesetzt)
      • Overflow (Ergebnis passte nicht ins Datenwort R)
      • Division by Zero (Ganzzahlige Division durch 0)
    • rechnen mit Gleitkommazahlen ist aufwendigm daher hat man in Hardware heutzutage oftmals eigenen Prozessor für, FPU (FLoating Point Unit)
Q:

Wie ist ein Halbaddierer aufgebaut?

A:
  • Besteht aus zwei Eingängen
  • und zwei Ausgängen
    • einen für Summe --> Output S --> XOR Gatter
    • einen für Übertrag --> Output C --> AND-Gatter
  • AUCH ZEICHNEN KÖNNEN
Q:

Warum können nicht einfach mehrere Halbaddiererzusammengeschaltet werden, um mehrstellige binäre Zahlen zu addieren?

A:
  • Es gibt keinen Carry-In
  • würde aber benötigt werden, um den Übertrag bei der nächsten Stelle berücksichtigen zu können
Q:

Welche Schaltung löst das vorgenannte Additions-Problem? Wie ist sie aufgebaut?

A:
  • Schaltung von mehreren Volladdierer hintereinander
    • 3 Inputs A, B, Carrier-in
    • Ausgänge S & Cout
    • lässt sich durch 2 Halbaddierer & ein Oder-Gatter darstellen
  • 2 XOR, 2 AND, 1OR
  •  --> WISSEN WIE ES GEZEICHNET WIRD
Mehr Karteikarten anzeigen
Q:

Was ist das Sedezimal- bzw. Hexadezimalsystem?

A:
  • Darstellung der Zahlen zur Basis 16
  • Um von Sedizimal ins Dezimalsystem zu kommen Summe von di * 16 ^i rechnen
  • Um vom Dezimal ins Hexadezimalsystem zu gelangen Startzahl durch 16 teilen 
    • solange weiter machen, bis die Zahl 0 ist
    • Rest ist jeweils die Zahl
Q:

Wozu dienen Zeichentabellen wie z. B. dieASCII-Tabelle?

A:

Um Zeichensätze zu kodieren  und normieren 

--> Mapping der Zeichen auf Zahlen

Q:

Was ist eine Festkommazahl?

A:
  • Festlegen einer festen Anzahl an Nachkommastellen
  • kleinere Zahlen auf den nächsten darstellbaren Wert runden
  • z.B. 9 Stellen vor dem Komma, 23 dahinter
  • immer Abwägung Wertebereich gegenüber Genauigkeit notwendig
Q:

Was ist eine Gleitkommazahl? Was ist  in IEEE 754 festgelegt?

A:
  • Skalierbarer Zahlenbereich
  • möchte damit Abwägung von Wertebereich gegenüber Genauigkeit bei Floats umgehen
  • bei großen Zahlen geringe absolute Genauigkeit, aber hohe relative Genauigkeit
    • => die Genauigkeit zweier ähnlich repräsentierter Zahlen zueinander ist gut genug
  • Angenährte Darstellung einer reellen Zahl mit gleitendem Komma
  • in IEEE 754 ist die Rechnung davon festgelegt 
    • (-1)^Sign * 2^Exponent-127 *(1+Mantisse) --> einfache Genauigkeit
      • ein Bit Vorzeichen, 8 bits Exponent, 24 Bits Mantisse, besondere Bitkombinationen für zwei Nullen etc.
    • halbe Genauigkeit wäre nur hoch -15
      • ein Bit Vorzeichen, fünf Bits Exponent, 11 Bits Mantisse
Q:

Was ist das Zweierkomplement zur Darstellung negativer Zahlen? Grenze diese Darstellung zum Einerkomplement und der Darstellung mit Vorzeichen ab.

A:
  • Möglichkeit 1: explizites Vorzeichenbit
    • z.B. 1000001 für -1
  • Möglichkeit 2: Einerkomplement
    • alle Bits invertieren + Vorzeichenbit
    • zwei Nullen 2^n-1 = -0 und 0 (=+0)
    • z.B. 111110 für -1
    • 111111 = 0 und 0000 = 0
  • Möglichkeit 3: Einerkomplement +1 => Zweierkomplement
    • eindeutige Darstellung aller Zahlen
    • einfache Implementierung mit Volladdieren
    • hat einen Wert im negativen Bereich mehr, dafür eine 0 weniger
    • 11111 = 1
Q:

Warum ist das Zweierkomplement heute die übliche Darstellung für ganze Zahlen?

A:
  •  es gibt keine doppelte Null gibt 
  • das Invertieren ist technisch einfach
Q:

Warum werden Informationen für die Verarbeitung im Computer gern als Dualzahlen ("binär") dargestellt?

A:

Da man bei digitalen Schaltungen die Zustände sehr gut unterscheiden kann (Strom fließt, Strom fließt nicht)

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