Programmieren lernen mit Eas
(Easy-Application-Script-Tutorial)
von Falk Joensson

Wie der Computer funktioniert:07. Die Steuereinheit

Die Kernkomponente, die CPU, besteht selbst wiederum aus mehreren Unter-Komponenten, alle in einen gemeinsamen Mikrochip integriert. Aufgrund der hohen Dichte von mikroelektronischen Schaltkreisen und der hohen Taktgeschwindigkeit kann die CPU eines Computers sehr heiß werden, was die empfindlichen Schaltkreise verbrennen könnte — deshalb muss sie mit einem Lüfter gekühlt werden. Das Herz der CPU stellt die Steuereinheit dar, eine Verschaltung, die Eingangs-, Ausgangs- und Steuer-Leitungen bzw. -Register inklusive Programmzeiger beinhaltet. Wenn eine "Code-Zeile" vom Programmspeicher gelesen wird, setzt dies das Befehlsregister sowie ein oder mehrere Operandenregister in der Steuereinheit. Dies wird als Phase des Befehl-Holens (engl. "fetch") bezeichnet. Das Ausführen (engl. "execute") des Befehls erfolgt in der zweiten Phase der Steuereinheit. Das Befehlsregister ist ein Verbund aus Steuer-Leitungen, die in Form von Schaltkreisen definieren, ob ein Operandenregister als Speicher-Eingangswert (Konstante) oder als Adresse (Zeiger/Variable) für eine Lese- oder Schreib-Operation verwendet wird. Es setzt auch die Adress-Gruppe, eine Art Postleitzahl, um anzugeben, in welcher "Region" des Computers die Adresse liegt. Die CPU nutzt verschiedene interne Gruppen sowie E/A-Ports (externe Gruppen). Der RAM-Arbeitsspeicher ist nur eine dieser Adressgruppen, Programme können aber diverse weitere lesen und schreiben. Dazu gehören die E/A-Ports zu und von E/A-Geräten, darunter auch so einfache wie die Power-on-LED und der Pieper, sowie spezielle CPU-Subprozessorgruppen wie die mathematischen Rechenwerke Arithmetik-Logik-Einheit (ALE) und Fließkommaeinheit (FKE). Um zwei Bytes zu addieren, werden beide Werte in die Operandenregister der ALE geschrieben, woraufhin der Addieren-Befehl das vorberechnete Ergebnis ausliest. Die Operanden fungieren hier als Adress-Koordinaten, die wie x,y oder Spalte,Zeile auf eine Adresse in der ALE-Nachschlagetabelle unter dem Versatz "Addition" verweisen. Anders ausgedrückt ergeben beide Operanden zusammengenommen, erweitert um den Befehlsversatz, in diesem Beispiel die eigentliche Adresse in das ROM der ALE. (Nicht alle Ergebnisse werden in ROM-Nachschlagetabellen hinterlegt, manche lassen sich effizienter über Boole'sche Verschaltungen live erzeugen.) Ein so genialer wie notwenidger Trick ist es, dass sogar der Programmzeiger vom Programm überschrieben werden kann, so dass Programme nicht nur in fester Abfolge linear von Anfang bis Ende einmal ablaufen und das war's dann, sondern dass sich Codezeilen in Abhängigkeit von programmierten Bedinungnen wiederholen wie auch überspringen lassen. Und natürlich lässt sich als Ziel-Gruppe auch der Programmspeicher schreiben, so dass Programme nach Bedarf geladen und ausgeführt werden können.
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