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0 03.12.2015 Roman Langrehr GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIK [email protected] kit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIK GBI Tutorium 22 Roman Langrehr, 6. Tutorium am 03.12.2015 KIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Research Center of the Helmholtz Association www.kit.edu

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0 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIK

GBI Tutorium 22

Roman Langrehr, 6. Tutorium am 03.12.2015

KIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg andNational Research Center of the Helmholtz Association www.kit.edu

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Organisatorisches

1 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Folien auf kit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

Übungsklausur mit Januar

FreiwilligKeine Punkte für Übungsschein o.Ä.Gute Vorbereitung für die Klausur

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Organisatorisches

1 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Folien auf kit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

Übungsklausur mit Januar

FreiwilligKeine Punkte für Übungsschein o.Ä.Gute Vorbereitung für die Klausur

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Speicher - Bit und Byte

2 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

DefinitionEin Bit ist x ∈ {0,1}Ein Byte ist w ∈ {0,1}8

Notation1 bit für Bit bzw. 1 B für Byte

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Speicher - Bit und Byte

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KIT

DefinitionEin Bit ist x ∈ {0,1}Ein Byte ist w ∈ {0,1}8

Notation1 bit für Bit bzw. 1 B für Byte

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Dezimale Vorsilben

3 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Wir kennen dezimale Vorsilben:

10−3 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18

1000−1 1000−2 1000−3 1000−4 1000−5 1000−6

milli mikro nano piko femto attom µ n p f a

103 106 109 1012 1015 1018

10001 10002 10003 10004 10005 10006

kilo mega giga tera peta exak M G T P E

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Dezimale Vorsilben

3 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Wir kennen dezimale Vorsilben:

10−3 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18

1000−1 1000−2 1000−3 1000−4 1000−5 1000−6

milli mikro nano piko femto attom µ n p f a

103 106 109 1012 1015 1018

10001 10002 10003 10004 10005 10006

kilo mega giga tera peta exak M G T P E

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Binäre Vorsilben

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KIT

DefinitionBinäre Vorsilben sind Potenzen von 1024.

210 220 230 240 250 260

10241 10242 10243 10244 10245 10246

kibi mebi gibi tibi pibi exbiKi Mi Gi Ti Pi Ei

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Binäre Vorsilben

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KIT

DefinitionBinäre Vorsilben sind Potenzen von 1024.

210 220 230 240 250 260

10241 10242 10243 10244 10245 10246

kibi mebi gibi tibi pibi exbiKi Mi Gi Ti Pi Ei

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Speicher - Eine Tabelle

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KIT

DefinitionZu jedem Zeitpunkt muss für jede Adresse ihr zugehöriger Wert definiertsein.

AnschaulichEine Tabelle mit zwei Spalten.

AllgemeinAdresse 1 Wert 1Adresse 2 Wert 2Adresse 3 Wert 3Adresse 4 Wert 4

......

Adresse n-1 Wert n-1Adresse n Wert n

Halbleiterspeicher000 01010110101001 00000000111010 11110011101011 11000110101100 00010011000101 11111010101110 11101110001111 00110100101

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Speicher - Eine Tabelle

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KIT

DefinitionZu jedem Zeitpunkt muss für jede Adresse ihr zugehöriger Wert definiertsein.

AnschaulichEine Tabelle mit zwei Spalten.

AllgemeinAdresse 1 Wert 1Adresse 2 Wert 2Adresse 3 Wert 3Adresse 4 Wert 4

......

Adresse n-1 Wert n-1Adresse n Wert n

Halbleiterspeicher000 01010110101001 00000000111010 11110011101011 11000110101100 00010011000101 11111010101110 11101110001111 00110100101

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Speicher - Formal

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KIT

DefinitionSei Adr die Menge aller Adressen und Val die Menge aller Werte.

Dann istm : Adr → Val

mit m(a) ist der aktuelle Wert an der Adresse ader aktuelle Zustand des Speichers.

BeispielArbeitsspeicher eines PC’s mit 8 GB RAM

m : {0,1}33 → {0,1}8

Definition

Mem := ValAdr

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Speicher - Formal

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KIT

DefinitionSei Adr die Menge aller Adressen und Val die Menge aller Werte.

Dann istm : Adr → Val

mit m(a) ist der aktuelle Wert an der Adresse ader aktuelle Zustand des Speichers.

BeispielArbeitsspeicher eines PC’s mit 8 GB RAM

m : {0,1}33 → {0,1}8

Definition

Mem := ValAdr

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Speicher - Formal

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KIT

DefinitionSei Adr die Menge aller Adressen und Val die Menge aller Werte.

Dann istm : Adr → Val

mit m(a) ist der aktuelle Wert an der Adresse ader aktuelle Zustand des Speichers.

BeispielArbeitsspeicher eines PC’s mit 8 GB RAM

m : {0,1}33 → {0,1}8

Definition

Mem := ValAdr

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Speicher - Formal

6 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

DefinitionSei Adr die Menge aller Adressen und Val die Menge aller Werte.

Dann istm : Adr → Val

mit m(a) ist der aktuelle Wert an der Adresse ader aktuelle Zustand des Speichers.

BeispielArbeitsspeicher eines PC’s mit 8 GB RAM

m : {0,1}33 → {0,1}8

Definition

Mem := ValAdr

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Speicher - Formal

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KIT

Definition

memread : Mem× Adr → Val

(m,a) 7→ m (a)

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Speicher - Formal

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KIT

Definition

memwrite : Mem× Adr × Val → Mem

(m,a, v) 7→ m′

mit

m′(a′)

:=

{v falls a′ = am(a′) falls a′ 6= a

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Speicher -Eigenschaften

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KIT

SatzFür jedes m ∈ Mem, a ∈ Adr und v ∈ Val gilt:

memread (memwrite (m,a, v) ,a) = v

SatzFür jedes m ∈ Mem, a,a′ ∈ Adr mit a 6= a′ und v ′ ∈ Val gilt:

memread (m,a) = memread(memwrite

(m,a′, v ′

),a

)

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Speicher -Eigenschaften

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KIT

SatzFür jedes m ∈ Mem, a ∈ Adr und v ∈ Val gilt:

memread (memwrite (m,a, v) ,a) = v

SatzFür jedes m ∈ Mem, a,a′ ∈ Adr mit a 6= a′ und v ′ ∈ Val gilt:

memread (m,a) = memread(memwrite

(m,a′, v ′

),a

)

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Speicher

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KIT

AufgabenEs sei Val = {0,1}4 , es sei Adr = {0,1}4 und es sei Mem = ValAdr .Und es sei m ∈ Mem, es sei a ∈ Adr, es sei a′ ∈ Adr, es sei v ∈ Val undes sei v ′ ∈ Val.

Gebe memread (memwrite (m,a, v) ,a)an.

Lösung= v

Gebe memread (memwrite (memwrite (m,a, v) ,a′, v ′) ,a) an.

Lösung

=

{v ′ falls a = a′

v falls a 6= a′

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Speicher

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KIT

AufgabenEs sei Val = {0,1}4 , es sei Adr = {0,1}4 und es sei Mem = ValAdr .Und es sei m ∈ Mem, es sei a ∈ Adr, es sei a′ ∈ Adr, es sei v ∈ Val undes sei v ′ ∈ Val.

Gebe memread (memwrite (m,a, v) ,a)an.

Lösung= v

Gebe memread (memwrite (memwrite (m,a, v) ,a′, v ′) ,a) an.

Lösung

=

{v ′ falls a = a′

v falls a 6= a′

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Speicher

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KIT

AufgabenEs sei Val = {0,1}4 , es sei Adr = {0,1}4 und es sei Mem = ValAdr .Und es sei m ∈ Mem, es sei a ∈ Adr, es sei a′ ∈ Adr, es sei v ∈ Val undes sei v ′ ∈ Val.

Gebe memread (memwrite (m,a, v) ,a)an.

Lösung= v

Gebe memread (memwrite (memwrite (m,a, v) ,a′, v ′) ,a) an.

Lösung

=

{v ′ falls a = a′

v falls a 6= a′

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Speicher

10 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

AufgabenEs sei Val = {0,1}4 , es sei Adr = {0,1}4 und es sei Mem = ValAdr .Und es sei m ∈ Mem, es sei a ∈ Adr, es sei a′ ∈ Adr, es sei v ∈ Val undes sei v ′ ∈ Val.

Gebe memread (memwrite (m,a, v) ,a)an.

Lösung= v

Gebe memread (memwrite (memwrite (m,a, v) ,a′, v ′) ,a) an.

Lösung

=

{v ′ falls a = a′

v falls a 6= a′

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Speicher

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KIT

AufgabeEs sei m ∈ Mem derart, dass m (0001) = 0100 und m (0010) = 0101.Gebe an:memread (memwrite (m,Repr2 (Num2 (memread (m,0001)) + Num2 (memread (m,0010))) ,0011) ,0011)

Lösung= m (0011)

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Speicher

11 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

AufgabeEs sei m ∈ Mem derart, dass m (0001) = 0100 und m (0010) = 0101.Gebe an:memread (memwrite (m,Repr2 (Num2 (memread (m,0001)) + Num2 (memread (m,0010))) ,0011) ,0011)

Lösung= m (0011)

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MIMA (MInimalMAschiene)Ein idealisierter Prozessor

12 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

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Drähte

13 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Ein Draht verbindet Bausteine.

Ein Draht kann:eine 0 übertrageneine 1 übertragennichts übertragen (Notation: Z )

SprechweiseEin Bauteil schreibt auf den Draht.Ein Bauteil liest von dem Draht.

Ein Draht kann nichts speichern! Ein Bauteil kann nur vom Draht lesen,wenn gleichzeitig ein anderes darauf schreibt.

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Drähte

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KIT

Ein Draht verbindet Bausteine.Ein Draht kann:

eine 0 übertrageneine 1 übertragennichts übertragen (Notation: Z )

SprechweiseEin Bauteil schreibt auf den Draht.Ein Bauteil liest von dem Draht.

Ein Draht kann nichts speichern! Ein Bauteil kann nur vom Draht lesen,wenn gleichzeitig ein anderes darauf schreibt.

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Drähte

13 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Ein Draht verbindet Bausteine.Ein Draht kann:

eine 0 übertrageneine 1 übertragennichts übertragen (Notation: Z )

SprechweiseEin Bauteil schreibt auf den Draht.Ein Bauteil liest von dem Draht.

Ein Draht kann nichts speichern! Ein Bauteil kann nur vom Draht lesen,wenn gleichzeitig ein anderes darauf schreibt.

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Drähte

13 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Ein Draht verbindet Bausteine.Ein Draht kann:

eine 0 übertrageneine 1 übertragennichts übertragen (Notation: Z )

SprechweiseEin Bauteil schreibt auf den Draht.Ein Bauteil liest von dem Draht.

Ein Draht kann nichts speichern! Ein Bauteil kann nur vom Draht lesen,wenn gleichzeitig ein anderes darauf schreibt.

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Bauteile VerbindenProblem

14 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Man möchte viele Bauteile verbinden:

Braucht viel PlatzViele ÜberschneidungenViele Leitungen

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Bauteile VerbindenProblem

14 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Man möchte viele Bauteile verbinden:

Braucht viel PlatzViele ÜberschneidungenViele Leitungen

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Bauteile VerbindenProblem

14 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Man möchte viele Bauteile verbinden:

Braucht viel PlatzViele ÜberschneidungenViele Leitungen

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Bauteile VerbindenProblem

14 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Man möchte viele Bauteile verbinden:

Braucht viel Platz

Viele ÜberschneidungenViele Leitungen

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Bauteile VerbindenProblem

14 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Man möchte viele Bauteile verbinden:

Braucht viel PlatzViele Überschneidungen

Viele Leitungen

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Bauteile VerbindenProblem

14 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Man möchte viele Bauteile verbinden:

Braucht viel PlatzViele ÜberschneidungenViele Leitungen

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Bauteile VerbindenLösung: Busse

15 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Neues Problem: Es können immer nur 2 Geräte gleichzeitigkommunizieren.

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Bauteile VerbindenLösung: Busse

15 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Neues Problem: Es können immer nur 2 Geräte gleichzeitigkommunizieren.

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Bauteile VerbindenBreite Busse

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KIT

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Bauteile VerbindenBreite Busse

16 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

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1-Bit-Speicherbausteine

17 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Di Datenleitung EingangDo Datenleitung AusgangSw Steuerleitung SchreibenSr Steuerleitung lesen

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Register

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KIT

DefinitionMehere zusammengeschaltete 1-Bit-Speicher nennt man Register.

Typischerweise ist ein Register so breit wie der Bus.

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Register

18 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

DefinitionMehere zusammengeschaltete 1-Bit-Speicher nennt man Register.

Typischerweise ist ein Register so breit wie der Bus.

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Grundstruktur eines Computersvon-Neumann Architektur

19 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

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Struktur der MIMA

20 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

IAR Instruktionsadressregister

Speichert die Adresse des nächsten Befehls

IR Instruktionsregister

Speichert den aktuellen Befehl

Akku Akkumulator

Ein „zwischenspeicher“ Register

ALU Arithmthische-Logische Einheit

Schaltung, die „rechnet“

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

Register für Kommunikation mit dem

Hauptspeicher

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Speicher der MIMA

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KIT

20 Bit Adressen24 Bit Werte (Maschienenworte)

Per Konvention werden Programmcode und Daten getrenntZahlen üblicherweise in Zweierkomplementdarstellung

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Speicher der MIMA

21 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

20 Bit Adressen24 Bit Werte (Maschienenworte)

Per Konvention werden Programmcode und Daten getrennt

Zahlen üblicherweise in Zweierkomplementdarstellung

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Speicher der MIMA

21 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

20 Bit Adressen24 Bit Werte (Maschienenworte)

Per Konvention werden Programmcode und Daten getrenntZahlen üblicherweise in Zweierkomplementdarstellung

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Maschinenbefehle

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KIT

Arten von Befehlen:Transportbefehle

VerarbeitungsbefehleKontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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Maschinenbefehle

22 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Arten von Befehlen:TransportbefehleVerarbeitungsbefehle

Kontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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Maschinenbefehle

22 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Arten von Befehlen:TransportbefehleVerarbeitungsbefehleKontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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Maschinenbefehle

22 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Arten von Befehlen:TransportbefehleVerarbeitungsbefehleKontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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Maschinenbefehle

22 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Arten von Befehlen:TransportbefehleVerarbeitungsbefehleKontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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Maschinenbefehle

22 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Arten von Befehlen:TransportbefehleVerarbeitungsbefehleKontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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MaschinenbefehleTransportbefehle

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KIT

Sei M ∈ Mem der Hauptspeicher der MIMA.

LDC const Akku← const LDC 42

LDV adr Akku← M (adr) LDV 4624

STV adr M (adr)← Akku STV 4625

LDIV adr Akku← M (M (adr)) LDIV 1234

STIV adr M (M (adr))← Akku STIV 1234

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MaschinenbefehleVerarbeitungsbefehle

24 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Sei M ∈ Mem der Hauptspeicher der MIMA.

ADD adr Akku← Akku + M (adr) ADD 4624

AND adr Akku← Akku & M (adr) AND 4624

OR adr Akku← Akku | M (adr) OR 4624

XOR adr Akku← Akku ^ M (adr) XOR 4624

NOT Akku← ~Akku NOT

RAR Akku← (Akku >>> 1) | (Akku << 23) RAR

EQL adr Akku←{−1 falls Akku = M (adr)0 sonst

EQL 4624

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MaschinenbefehleKontrollflussbefehle

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KIT

Sei M ∈ Mem der Hauptspeicher der MIMA.

JMP adr IAR← adr JMP 23

JMN adr IAR←{

adr falls Akku < 0IAR sonst

JMN 23

HALT Hält den Prozessor an HALT

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Maschienenbefehleif-else Verzweigung

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KIT

; Teil vor der Verzweigung

if : LDV aV1

EQL aV2; Bedingung

JMN else

; if-Teil

JMP end

else: ; else-Teil

end : ; Teil nach der Verzweigung

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MaschienenbefehleKopfgesteuerte Schleife

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KIT

; Teil vor der Schleife

while: LDV aV1

EQL aV2; Bedingung

NOT

JMN end

; Schleifenkörper

JMP while

end : ; Teil nach der Verzweigung

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Maschienenbefehle

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KIT

AufgabeWas steht nach Ausführung dieser Befehlssequenz in Speicherzelle aout?

LDV ain

NOT

STV aout

LDC 1

ADD aout

STV aout

HALT

LösungZkpl

(−Zkpl−1 (M (ain))

)

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Maschienenbefehle

28 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

AufgabeWas steht nach Ausführung dieser Befehlssequenz in Speicherzelle aout?

LDV ain

NOT

STV aout

LDC 1

ADD aout

STV aout

HALT

LösungZkpl

(−Zkpl−1 (M (ain))

)

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Maschinenbefehle

29 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

Arten von Befehlen:TransportbefehleVerarbeitungsbefehleKontrollflussbefehlle

Befehlsformate23 20 19 16 0

Typ 1: Op-Code Adresse oder Konstante

Typ 2: 1 1 1 1 Op Code 0 0 ... 0 0

Beispiel000100000000000000101010

Bessere Schreibweise:LDV 42

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Befehlsausführung

30 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

3 PhasenBefehlsholphaseDecodierungsphaseAusführungsphase

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Befehlsholphase

31 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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Befehlsholphase

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR← IAR

2. Read

3. Read

4. Read

5. IR← SDR

6. X← IAR

7. Y← Eins

8. ALU auf ADD

9. IAR← Z

Geht das nicht schneller?

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BefehlsholphaseDie schnelle Version

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR, X← IAR

2. Y← Eins, Read

3. ALU: Addieren, Read

4. IAR← Z, Read

5. IR← SDR

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BefehlsholphaseDie schnelle Version

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR, X← IAR

2. Y← Eins, Read

3. ALU: Addieren, Read

4. IAR← Z, Read

5. IR← SDR

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BefehlsholphaseDie schnelle Version

32 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR, X← IAR

2. Y← Eins, Read

3. ALU: Addieren, Read

4. IAR← Z, Read

5. IR← SDR

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR, X← IAR

2. Y← Eins, Read

3. ALU: Addieren, Read

4. IAR← Z, Read

5. IR← SDR

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BefehlsholphaseDie schnelle Version

32 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

1. SAR, X← IAR

2. Y← Eins, Read

3. ALU: Addieren, Read

4. IAR← Z, Read

5. IR← SDR

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Befehlsdecodierungsphase

33 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

6. Befehl wird in Steuersignaleübersetzt

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BefehlsausführungsphaseOR adr

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

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BefehlsausführungsphaseOR adr

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

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BefehlsausführungsphaseOR adr

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

Page 83: GBI Tutorium 22 - Home- Roman Langrehr's Uni-Websitekit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516/06_Folien.pdf · 2020-02-08 · Speicher - Formal 6 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium

BefehlsausführungsphaseOR adr

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

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BefehlsausführungsphaseOR adr

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

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BefehlsausführungsphaseOR adr

34 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

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BefehlsausführungsphaseOR adr

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. X← Akku, Read

9. Read

10. Read

11. Y← SDR

12. ALU auf OR

13. Akku← Z

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BefehlsausführungsphaseWelcher Befehl wird hier ausgeführt?

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SDR← Akku

8. SAR← IR

9. Write

10. Write

11. Write

LösungSTV adr

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BefehlsausführungsphaseWelcher Befehl wird hier ausgeführt?

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SDR← Akku

8. SAR← IR

9. Write

10. Write

11. Write

LösungSTV adr

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BefehlsausführungsphaseWelcher Befehl wird hier ausgeführt?

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. Read

9. Read

10. Read

11. SAR← SDR

12. Read

13. Read

14. Read

15. Akku← SDR

LösungLDIV adr

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BefehlsausführungsphaseWelcher Befehl wird hier ausgeführt?

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KIT

IAR Instruktionsadressregister

IR Instruktionsregister

Akku Akkumulator

ALU Arithmthische-Logische Einheit

SAR Speicheradressregister

SDR Speicherdatenregister

7. SAR← IR

8. Read

9. Read

10. Read

11. SAR← SDR

12. Read

13. Read

14. Read

15. Akku← SDR

LösungLDIV adr

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Bildquellen

37 03.12.2015 Roman Langrehr – GBI Tutorium 22 INSTITUT FÜR THEORETISCHE INFORMATIKroman.langrehr@student.kit.edukit.romanlangrehr.bplaced.de/gbi1516

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1-Bit-Speicherbaustein (Folie 41): KIT GBI Vorlesung WS 2015/16Folien zu Kapitel 10 (Prozessor)von Neumann Architektur (Folie 44) KIT RechnerorganisationVorlesung SS 2015 Folien 08 zu Kapitel 05MIMA-Architektur (Folie 45 ff.) KIT Rechnerorganisation Übung SS2015 Folien 08 zur 2. Übung