By Uwe Brinkschulte, Theo Ungerer

Das vorliegende Buch gibt zun?chst eine Darstellung der grundlegenden Prinzipien der Mikrocontroller und Mikroprozessoren. Anschlie?end wird detailliert der neueste Stand der Technik dieser Hardware-Bausteine erl?utert, und es werden alle wichtigen Entwicklungstendenzen bis hin zum aktuellen Forschungsstand vorgestellt. Ferner werden in der Praxis h?ufig verwendete Mikrocontroller und Mikroprozessoren in ihrer Funktionsweise analysiert und zukunftsweisende Technologien dieser Bausteine aufgezeigt. Dieses Buch ist besonders geeignet f?r Studierende der Informatik oder Elektrotechnik im fortgeschrittenen Grundstudium oder zu Beginn des Hauptstudiums sowie in der Praxis stehende Fachleute der Elektrotechnik, Automatisierungstechnik und hardwarenahen Informatik, die mit der Planung und der Entwicklung oder dem Einsatz von Mikrocontrollern und Mikroprozessoren befasst sind.

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Sein. Heutige Mikroprozessoren verwenden meist 32 allgemeine Register R0 – R31 von je 32 oder 64 Bit und zusätzlich 32 Gleitkommaregister F0 – F31 von je 64 oder 80 Bit. Oft ist außerdem das Universalregister R0 fest mit dem Wert 0 verdrahtet. Die Multimediaregister stehen für sich oder sind mit den Gleitkommaregistern identisch. All diese für den Programmierer sichtbaren Register werden als Architekturregister bezeichnet, da sie in der „Architektur“ sichtbar sind. Im Gegensatz dazu sind die auf heutigen Mikroprozessoren oft vorhandenen physikalischen Register oder Umbenennungspufferregister nicht in der Architektur sichtbar.

Ansonsten wird das Operationsprinzip der von-Neumann-Architektur beibehalten. Heutige superskalare Mikroprozessoren sind von ihrer Architektur her durch das von-Neumann-Prinzip geprägt, auch wenn in ihren Mikroarchitekturen Konzepte angewandt werden, die weit über das von-Neumann-Prinzip hinausgehen. Größtes Hemmnis ist das Operationsprinzip der von-Neumann-Architektur, das eine sequentielle Ausführungsreihenfolge vorschreibt und außerdem festlegt, dass jede Befehlsausführung abgeschlossen sein muss, bevor der nächste Befehl ausgeführt werden kann.

Ein von-Neumann-Rechner zeichnet sich in seiner Hardware-Struktur durch einen minimalen Hardware-Aufwand aus. Dieses Entwurfsprinzip fand so lange seine Rechtfertigung, als die Hardware-Bauteile den größten Kostenfaktor eines Rechners darstellten und insbesondere die optimale Hauptspeicherauslastung das wichtigste Entwurfsziel war. In den letzten beiden Jahrzehnten hat sich jedoch die Kostensituation durch die Entwicklung der Halbleitertechnologie grundlegend geändert. Insbesondere die Verbindungseinrichtung zwischen Hauptspeicher und Prozessor erweist sich in von-Neumann-Rechnern als Engpass (deshalb oft als „vonNeumann-Flaschenhals“ bezeichnet), weil durch ihn alle Daten und Maschinenbefehle transportiert werden müssen.

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