Datenverarbeitungssysteme

Beschreibung

Der Stoff dieses Lehrbuches beruht auf einer Vorlesung, die seit 1960 für Studierende der Elektrotechnik und Wirtschaftswissenschaften an der Universität Karlsruhe gehalten wird. Aufgabe und Ziel dieser Vorlesung war und ist es, eine Einführung und einen Überblick über Aufbau und Arbeitsweise von Datenverarbeitungssystemen im Verlauf von etwa 20 Vorlesungsstunden zu geben. Obwohl die Vorlesung im Rahmen einer Fakultät für Elektrotechnik stattfindet, ist sie so angelegt, daß keine speziellen Kenntnisse in Schaltkreiselektronik bzw. Nachrichtentechnik erforder lich sind, es werden lediglich elementare Kenntnisse über binäre Zahlen, digitale Technik und Programmierung vorausgesetzt. Alle Darstellungen über Funktions weisen gehen hinab bis zur Behandlung der binären Signale 0 und 1, ohne daß dabei einschlägiges Wissen über die technologische Realisierung vorhanden sein muß. Vielmehr ist es stets das Bestreben gewesen, Struktur und Arbeitsweise von Computern bzw. datenverarbeitenden Systemen unabhängig von technologischen Implementierungen als "logische" Prozesse zu behandeln. Das Hauptaugenmerk aller Bemühungen, den mit der schnellen Entwicklung der Computertechnik rasch wachsenden Stoffumfang konzentriert und überschaubar zu halten, lag stets darauf, einen invarianten Lehrstoff herauszukristallisieren. Unter diesem Aspekt invarianter Prinzipien wurde eine Reihe von Entwicklungsrichtungen analysiert und stofflich konzentriert und damit angestrebt, langzeitig gültiges Ingenieurwissen zu etablieren. In dem vorliegenden Buch werden diese Bestrebungen auch äußerlich durch didaktische Vorkehrungen in der Darstellung des Stoffes unterstützt. Dazu werden z. B. alle erstmalig auftretenden wichtigen Fachbegriffe sichtbar herausgestellt und der gesamte Stoff in zwei Kategorien, nämlich grundlegende und weiterführende, klein gedruckte Aussagen untergliedert. Auch die Abbildungen sind so vereinfacht, daß sie wesentliche Sachverhalte schematisch darstellen und Allgemeingültigkeit anstreben.

Autorenporträt

InhaltsangabeEinführung.- 1. Information als Element der Technik.- 1.1 Datenverarbeitung - alte Notwendigkeit und neue Möglichkeit zugleich.- 1.2 Die neue Stufe in Technik und Wissenschaft.- 1.3 Die Äquivalenz zwischen Steuerung und Information.- 1.4 Herausforderung an Wissenschaft, Technik und Gesellschaft.- I: Grundlagen.- 2. Prinzipien der Datenverarbeitung.- 2.1 Allgemeine Grundfunktionen der Datenverarbeitung.- Datenverarbeitungssystem, Ein- und Ausgabe, Transport, Speicherung, Verknüpfung, Steuerung, Hardware, Software, Verarbeitungsprogramme.- 2.2 Historischer, extern gesteuerter Automat.- 2.3 Datenverarbeitung mit Gespeichertem Programm.- Programm als Information, Gespeichertes Programm, Programm = Steuerinformation, Äquivalenz von Steuerung und Information.- 2.4 Datenverarbeitung als Wechselwirkung von Informationsströmen.- 2.5 Räumliche Anordnung der Datenverarbeitung.- Zentrale Datenverarbeitung, Datenfernverarbeitung, Auftragsfernverarbeitung, Rechnerverbund.- 2.6 Zeitliche Betriebsarten der Datenverarbeitung.- 2.6.1 Stapelbetrieb.- 2.6.2 Dialogbetrieb.- 2.6.3 Realzeitbetrieb.- 2.7 Typische Anwendungsbeispiele.- 3. Grundfunktionen.- 3.1 Digitale Informationsdarstellung.- Bit, binäre Zeichendarstellung, digitale Darstellung, Codierung, Zeichenvorrat.- 3.2 Informationsspeicherung.- Adresse, Adreßraum, Assoziativspeicher, Symbolische Adressierung.- 3.3 Eingabe und Ausgabe.- Informationswandlung, Analog-Digital-Umwandlung.- 3.4 Informationstransport.- Binäre Signale, Wegeschalter, Übertragungskanal, Sammelweg, Signaldauer, Takt.- 3.5 Informationsverknüpfung.- Verknüpfung, BOOLESCHE Algebra, Negation: NICHT, Konjunktion: UND, Disjunktion: ODER, Funktionstabelle.- 3.6 Programmsteuerung.- Programm, Befehle, unbedingte oder bedingte Verzweigungsbefehle, Folge, Auswahl: IF_THEN_ELSE_, Wiederholung: DO_WHILE_, DO bzw. GET/ PUT, Operationsteil und Operandenteil, Befehlscode, Operanden, Programmstatus, Befehlszeiger, sequentielles Programm, Bedingungsschlüssel, Programmablauf.- 3.7 Grundsätzliche Arbeitsweise eines Datenverarbeitungssystems mit Gespeichertem Programm.- Elementarprozesse, Steuerungs- und Verarbeitungsprozesse, Befehls-Adressierung, Befehls-Abruf, Befehls-Decodierung, Befehlszeiger-Fortschaltung, Operanden-Adressierung, Operanden-Abruf, Operations-Ausführung, Ergebnis-Abspeicherung.- II: Das Datenverarbeitungssystem.- 4 Systemübersicht.- 4.1 Systemaufbau.- Zentraleinheit, Leitwerk und Rechenwerk, Prozessor, Hauptspeicher, Register, Pufferspeicher, Peripherie, Kanäle und Steuereinheiten, Daten- und Massenspeicher, Ein- und Ausgabegeräte.- 4.2 Speicherorganisation.- Zugriffszeit, Kapazität und Preis, Register, Pufferspeicher, Hauptspeicher, Datenspeicher, Massenspeicher, Archivspeicher.- 4.3 Software.- Verarbeitungsprogramme, Anwendungsprogramme, Übersetzer, Ursprungsprogramm, Zielprogramm, Interpretierer, Simulierer, Dienstprogramme, Systemprogramme, Betriebssystem, Betriebsorganisationsprogramme, Einleitendes Ladeprogramm, Supervisor, Makrobefehl, Zugriffsmethoden, Datenbank- bzw. Datenkommunikationsroutinen, Auftragssteuerung, Betriebsverwaltungsprogramme, Programmbinder, Bibliotheksführung.- 4.4 Das Zusammenwirken von Software, Firmware und Hardware.- Funktionsschichten, Software, Firmware und Hardware, Steuerungs-Hierar- chie, Prozeduren, Auftragssteuerungs-Interpretierer, Programme in problemorientierter Sprache, Anweisungen, Kompilierer, Makrobefehle, Makroas- semblierer, Maschinenbefehle, Mikroprogramm, Mikrobefehle, Funktionalbitsteuerung, Hardware-Schaltkreise.- 4.5 Mikroprozessorsysteme.- 5. Information und ihre Speicherung.- 5.1 Datenarten.- Darstellung, Syntax, Bedeutung, Semantik.- 5.1.1 Darstellung numerischer Daten.- Numerische Daten, Stellenschreibweise, Radixschreibweise, Zahlenvorrat des dualen Zahlensystems, Gleitkommaschreibweise, Mantisse und Exponent, Vorgabe, Charakteristik, normalisierte Form.- 5.1.2 Darstellung alphanumerischer Daten.- Alphanumerische Daten, IS07-Bit-Code, EBCDIC, ASC.- 5.1.3 Entschei

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