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2025-07-21 11:52:03 +02:00

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📘 Zusammenfassung: V3 Prozessor (Teil 1) Computerarchitektur

🧠 Einführung: CPU-Leistungsfaktoren

  • Instruction Count (IC): Anzahl der Befehle → bestimmt durch ISA & Compiler\
  • Cycles Per Instruction (CPI): Anzahl der Takte pro Befehl → bestimmt durch Hardware\
  • Cycle Time (CT): Dauer eines Takts → bestimmt durch Hardware\
  • CPU-Zeit Formel:
    CPU-Zeit=IC×CPI×CTCPU\text{-Zeit} = IC \times CPI \times CT

🔁 Ablauf der Instruktionsausführung

  1. Fetch: Befehl aus Speicher laden (PC → Instruction Memory)\
  2. Decode: Register lesen, Operanden bestimmen\
  3. Execute: ALU berechnet Ergebnis oder Adresse\
  4. Memory Access: Speicherzugriff bei Load/Store\
  5. Write Back: Ergebnis ins Register zurückschreiben\
  6. PC Update: PC + 4 oder Sprungadresse\

🗂️ MIPS-Befehlssatz (Überblick)

📦 Register

  • 32 Register: z.B. $s0-$s7, $t0-$t9, $zero (immer 0), $sp, $ra\
  • Daten müssen in Register geladen werden, bevor ALU-Operationen möglich sind.\

🛠️ Befehle

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🧮 Aufbau der CPU: Datenpfad (Datapath)

🛠️ Bausteine

  • Register: Speicherung von Zwischenwerten\
  • ALU (Arithmetic Logic Unit): führt Berechnungen durch\
  • Multiplexer (MUX): entscheidet zwischen Eingangsquellen\
  • Memory: Instruktions- & Datenspeicher\
  • Control Unit: steuert Datenfluss und Operationen\

📐 Schrittweise Entwicklung

  • R-Typ Befehle: nur Registeroperationen\
  • Load/Store: ALU berechnet Adresse, Speicherzugriff\
  • Branch: ALU-Vergleich → PC-Update bei Bedingung\

🔄 Taktgesteuerte Logik

  • Kombinatorische Elemente: berechnen Ausgaben ohne Zustände\
  • Sequenzielle Elemente (Register): speichern Zustände, aktualisieren mit Taktflanke\
  • Clocking Methodology: Längste Verzögerung bestimmt Taktperiode.\

🔥 Besonderheiten MIPS

  • Load/Store Architektur: Nur Load/Store greifen auf Speicher zu; alle anderen Befehle arbeiten mit Registern.\
  • Einheitliche Befehlslänge (32 Bit): vereinfacht Dekodierung.\
  • Pipelining-Fähigkeit: parallele Bearbeitung mehrerer Instruktionen möglich (kommt in Teil 2).\

📝 Für die Klausur merken

CPU-Leistungsfaktoren & Formel
MIPS-Befehle (insbesondere lw, sw, add, beq, j)
Unterschied komb. Logik ↔ sequenzielle Logik
Aufbau des Datenpfades & Rolle der einzelnen Elemente
Load/Store-Prinzip (Register-Register-Arithmetik)