Mögliche Klausurfragen

• nummerische Größen (ganze/rationale Zahlen, Ziffernfolge)
• arithmetische Verarbeitung ist möglich
• endliche Anzahl festgelegter Zustände
• keine Zwischenwerte
• digital(lat. "digitus", Finger)

• Kontostand
• sechsstellige Telefonnummer

• physikalische Größen
• Dahrstellung: Reelle Zahlen über Zeitachse
• meist auf vorgegebenen Wertintervall beschränkt
• analog (gr. "ana logon", im richtigen Verhältnis)
• nur in vorgegebenen Bereich jeden (reellen) Wert annehmen.

• elektrische Spannung
• elektrischer Strom
• Schall

• erarbeiten numerische Daten
• heute nahezu universal einsetzbar

• verarbeiten analoge Daten mit Hilfe elektronischer Schaltungen
• analoge Werte können nahezu beliebig angenähert werden
• Digitalrechner haben die meist nur speziell einsetzbaren Analogrechner verdrängt

• Pendel-Schwingung
• elektrischer Schwingkreis

• alle technischen Bestandteile eines Rechnersystems
• ist greifbar("hart")

• Graphikkarte
• CPU
• Speichermodule

• alle zum Einsatz eines Rechnersystems benötigten "immateriellen" Hilfsmittel;
• nicht greifbar("weich")
• lauffähige Programme/Programmsysteme zur Durchführung verschiedener Anwendungen

• Betriebssystem
• Datenbanksysteme
• Textverarbeitungssysteme

ca. 5000 v.Chr.

Mensch beginnt zu rechnen bzw. zählen (z.B. mit 10 Fingern, Steine, Perlen,Holzstäbchen)

Aristoteles (384-322 vor Christus) begründet Wissenschaft als Logik

• überlegung wie Automaten Arbeit übernehmen (deus ex maschina="Gott aus der Maschine")
• Darstellung durch mechanische Holzautomat

Römischen Zahlen

Additionsverfahren:

(I=1,V=5,X=10,L=50,C=100,D=500,M=1000)

• Hinduarabische Zahlensystem
• Ziffern 0...9
• setzt sich erst ca.1150 durch
• beliebig große Zahlen durch eine entsprechende Zahl von Stellen

Blais Pascal (Mathematiker, 1623-1662) baute 1642 im Alter von 19 Jahren mechanische Additionsmaschinen. Diese konnten sechsstellige Dezimalzahlen miteinander verknüpfen.

Der Konstruktionswerkstoff war Holz.

Ca 1946-1958

Gordon Moore und Robert Noyce legen beim Unternehmen Fairchild Semiconductor die Grundlage für den mehrschichtigen Chipherstellungsprozess mittels Photographie.

• Gottfried Wilhelm Leibniz
• 1680-1700
• Rechenmaschine für 4 Grundrechenarten (Division, Multiplikation, Subtraktion)
• führt das Dualsystem in diesem Zusammenhang ein

• 1833
• Charles Babbage
• nur für Polynomrechnung
• Hat in der Schifffahrt den "Computer"(Person die Rechnet) erstetzt

• 1833
• Charles Babbage
• Universalrechner
• trennte den Speicher (Store) von der Verarbeitungseinheit (Rechenwerk,Mill)
• mikroprogrammierbar
• Dezimalsystems

1847

George Boole (1815-1864)

Zwischen 1936 und 1938 realisiert der deutsche Bauingenieur Konrad Zuse die erste programmierbare vollautomatische Rechenmaschine.

Die Zuse Z4 gilt als der erste kommerzielle Rechner der Welt. Zuse lieferte ihn 1944 an die ETH Zürich wo er nach 1945 neu aufgebaut wurde.

• ca 1936
• Konrad Zuse Bau der Z1
• Alan M. Turing begründet Theorie endlicher Automaten.
• Z1: separate Einehit zur Steuerung der Abläufe im Rechner
• dualen Zahlen System
• rein mechanisch

• Dekodiereinheit
• Internes Bussystem
• Register
• Adressierungseinheit

• Befehl Holen
• Befehlszähler Inkrementieren
• Befehl Dekodieren & Operanden holen
• Befehl Ausführen
• Ergebnis Speichern

Um "Von-Neuman-Flaschenhals" zu vermeiden -> 2 Busse: Daten/Programm-bus

• Adressbus
• Datenbus
• Steuerbus

• 1948
• John von Neumann

• Rechnerkomponente: CPU, Speicher, Steuerwerk, E/A Werk
• Programm als Kette von Anweisungen und logischen Entscheidungen
• Programme können wie Daten behandelt werden
• Grundlage aktueller Rechner

Realis

• 1946 - Röhrentechnik (Glühkatoden)

• 1955 - Transistortechnik (Halbleitertransistoren)
• 1965 - Integrierte Schaltungen (LSI)
• 1995 - Stärkere Miniatisierung

• Gordon Moore & Roboert Noyce

Intel Stellt ersten Mikroprozessor vor: Intel 4004

• Mehrzweckregister - Bearbeitung von Zwischenwerten
• Statusregister - aktueller Zustand des Computers mit Hilfe von Flags.
• Adress/Index/Segmentregister - helfen der CPU sich im RAM(Hauptspeicher) zurecht zu finden

Befehl wird decodiert und in Interne Operation (Microcode) umgewandelt & an die Steuereinheit weitergeleitet.

• AU (adressing unit)
• Berechnet die Hauptspeicher(ram)-Adressen & stellt diese in Adress-ALU bereit

Verbindung der Funktionseinheiten.

error correction code

Fehlersicherung

• most Significant bit (msb) 00010010 = 12
• least significant bit (lsb) 01001000 = 12

• Little Endian: niederwertige Byte an erster Speicheradresse
• Big Endian: Höchstwertiges Byte an erster Speicheradresse

• Befehle werden gleichzeitig ausgeführt
• Speicher muss in der Lage sein mehrere Ausführungseinheiten gleichzeitig zu bedienen

• Organisation des Computers
• Ausführung (Abwicklung von Aufträgen)
• Kommunikation: mit Benutzern/zwischen Programmen/anderen Systemen
• Anpassung: Program <-> System

• Verwatlung aller Betriebsmittel & Ressourcen
• Steuerung aller Geräte
• Bestimmung der Aktionen und Betriebsreifolge

• Zerteilung von Betriebsmitteln (cpu, Speicher, ...)
• Schutzfunktion gegenüber anderen Aufträgen
• Durhführung von Ein-und Ausgaben
• Behandlung von Fehlern

Stapelverarbeitung

- Liste von aufgaben wird abgearbeitet -> Ergebnis

Dialogverarbeitung

- Interatktion mit Nutzer -> kleine Teilaufgabe

• Abstrakte ebende damit sich Programmierer nicht mit Physikalischen Eigenschaften des Geräts auseinader setzen muss
• Software
• Bindeglied zwischen Hard- und Software

1.Gen -> Einprogrammbetrieb / Einfachste Programme

2.Gen -> BS ist eigenständiges Programm / Stapelverarbeitung

3.Gen -> multi Prg / Datenverwaltung/ Benutzer/ Dialog

Moderne BS -> Prozesse/ Schutz/ Internet/ Benutzer Grp.

• Effizientz: Leerlaufeliminierung
• Zuverlässigkeit: Behandlung von Benutzer/System Fehlern
• Wartungsunterstützung: Modularer Aufbau / Dokumentation

Programm in Ausführung (task)

Regelt die Zuteilung der Prozesse an die CPU

zb. Zeitscheibenverfahren (Round Robin)

• Bereit (ready): Prozess ist bereit, wartet auf CPU
• Aktiv (running): Prozess wird bearbeitet
• Blockiert (blocked/waiting): Prozess hat nebenläufige Aktion angestoßen, wartet auf deren Ende

• Zuteilen (Dispatch): bereit -> aktiv
• Verdrängung (Timer-Run-Out): aktiv -> bereit
• Blocking (Blocked): aktiv -> blockiertä
• Aufwecken (Wakeup): blockiert -> bereit

• Teil des Scheduler
• Entscheidet welcher Prozess der bereit ist bearbeitet wird

• Priorität
• Bisher verbrauchte Rechenzeit Tr
• Bisherige Wartezeit Tw
• Verhätlnis Tr/Tw
• Ressourcenbedarf

• Eindeutige Prozesskennung (Process identification (PID))
• P.Zustand
• Programmstatus (Registerwerte)
• P.Priorität
• Speicherbelegung
• Belegete Ressourcen

• Betreibssystem verwltet Prozesstabelle
• Jeder Prozess hat eitrag (PCB)
• Prozess kann Starten & Anhalten ohne Ergebnis zu beeinflussen, da in Tabellen Hinterlegt

• Zeitscheibenverfahren (Round Robin)
  • Alle Prozesse erhalten gleiche Zeit
• First come, First served
• Prioritätensteuerung
• In Praxis: Kominationen

• Verfahren welches auswählt welche Seite Ausgelagert wird

• LRU least recently used
• Ist eine Auslagerungsstrategie
• Seiten die Lange nicht mehr genuzt wurden werden ausgelagert

Wenn eine Seite vom RAM auf die Platte ausgelagert wird, wird diese mit einem Dirty Bit makiert.

• Folge logisch zusammenhängender Daten
• Festplattenserkoren werden zu Clustor zusammengefasst
• Daten werden Clustor Nr. zugeortnet
• Dateibelegungstabelle (Filemap) speichert Sektor

Durch Festplatten

• Swapping: Prg nicht Running -> Belegter ram in Festplatte
• Demand Paging: Nicht benötigte Teile werden Eingelagert

Kommunikation über:

• Speicherbereiche
• Dateien (shared files)
• Datenkanäle (pipes)
• Signale / Ereignisse / Interrupt

• Hauptspeicher wird Verwaltungseinheiten (Blöcke/Frames) Zerlegt
• Programmspeicherbereich wird in Siten (Pages) aufgeteilt
• Pages werden auf freie Blöcke verteilt

• Speicheradresse (Physische Adresse, reale Adresse)

• Programmadresse (Logische Adresse, virtuelle Adresse)

• File Allocation Table (FAT) / Dateizuordnungstabelle
• Verkettete Liste der Blöcke einer Datei
• Länge der Einträge in FAT begrenzt Anzahl der Cluster
• In der Liste wird Block nr. gespeichert (Logical Block Adressing (LBA))

• Memory Management Unit (MMU)
• Auftrennung der Virtuellen Adr. in Seiten Nr. & Offset

• Present Bit -> Seite liegt im Speicher
• Dirty Bit -> Seite Wurde verändert
  • Nicht gesetzt (=0) Seite ist im RAM
  • Gesetzt (=1) Seite liegt auf Platte

• 10 Verweise auf Clustor
• Flexibel im vergleich zu FAT

• Fragmentierung: Lücken in der Clustorzuordung
• Defragmentierung: Neuanordung von Lücken zu schließen der Lücken

Hier werden Speichergeräte im Dateibaum eingehangen.

1. Register KB
2. Cache 4MB
3. Hauptspeicher 4GB
4. Magnetplatte 100GB
5. Magnetband

• Floating Point Operation Per Second
• Maßeinheit: Anzahl der Gleitkommerzahl-Operationen pro Sekunde

• Random acccess memory
• auch Hauptspeicher genannt

Kopfanzahl * Supuren * Sektoren * Byte

virtueller Speicher / Seitengröße

Exponent von Hauptspeicher in 2er Komplement

• Instruction Register
• in ihm steht auszuführende Befehl

• Programm Count
• Speicheradresse des nächsten Befehls wird in ihn geladen.