6. Funktionseinheiten eines Computers / Mikrocomputers

Rechnergrundlagen Teil 2 - 2 - Prof. Dipl.-Ing. Komar
6.1 Aufbau eines Mikroprozessors
Der Mikroprozessor enthält die logischen Funktionen eines Prozessors auf einem einzigen hochintegrierten
Halbleiterbaustein ( integrated circuit IC in MOS-Technologie).
Der Prozessor ist ein Automat ( synchrones Schaltwerk ) der eine festgelegte Anzahl von Tätigkeiten ( Menge
der Maschinenbefehle, Befehlssatz ) ausführen kann und damit den gesamten Computer steuert und arithme -
tische und logische Aufgaben löst. Er ist also für die Abarbeitung der Maschinenbefehle zuständig, die in
binärcodierter Form im Arbeitsspeicher vorliegen und in ihrer Gesamtheit ein ablauffähiges Programm bilden.
Ein von einem Quarzgenerator extern erzeugter Takt sorgt innerhalb der CPU für den synchronen Ablauf der
Arbeitsvorgänge.
Ein Resetimpuls (auch beim Einschalten) versetzt den Prozessor in einen definierten Grundzustand, aus dem
heraus er sofort mit der Befehlsabarbeitung an einer konstanten, festgelegten Adresse im Arbeitsspeicher
beginnt.
Steuerbus Adreßbus (16, 20, 24, 32 Bit ) Datenbus ( 8, 16, 32, 64 Bit )
Steuersignale Adressen Befehle Daten
interne
Steuerwerk Steuersignale Rechenwerk
Das Rechenwerk besteht aus Registern ( CPU interner schneller Speicher) und der Arithmetisch-Logischen-
Einheit (ALU), einer Rechenschaltung für die Verarbeitung von Daten.
Das Steuerwerk (Leitwerk) besteht aus einer Ablaufsteuerung, die den binären Code der Programmbefehle in
Steuersignale umsetzt. Es holt sich das Programm Befehl für Befehl aus dem Arbeitsspeicher und führt die
Befehle aus, indem es die Operanden aus dem Arbeitsspeicher in das Rechenwerk lädt, dort die erforderlichen
Operationen anstößt und eventuell anschließend das Ergebnis in den Arbeitsspeicher schreibt.
Die Register des Steuerwerks enthalten Adressen und das zentrale Register des Steuerwerks ist der Befehlszähler
( Program Counter PC oder auch Instruction Pointer IP ) mit der Adresse des nächsten Befehls.
Die Breite der Register (8, 16 oder 32 Bit ) von Rechen- und Steuerwerk entspricht meist der externen Datenbus-
breite und ist zusammen mit der Taktfrequenz ein überschlägiges Kriterium für die Leistungsfähigkeit des
Mikroprozessors.
Bus -System eines Mikrocomputers
Register Register
Ablaufsteuerung A L U
Leitungssystem für die parallele, gleichzeitige Übertragung von Signalen zwischen den Komponenten eines
Mikrocomputers (auch innerhalb des Mikroprozessors)
Datenbus - Transport von Befehlen und Daten zwischen Prozessor und Bausteinen, bidirektional
Mikroprozessoren werden nach der Breite des Datenbusses eingeteilt ( 8, 16, 32 oder 64 Bit )
Adreßbus - Mikroprozessor legt die Adresse eines Speicherwortes (Byte ) oder die Adresse des Registers
eines Peripheriebausteines auf den unidirektionalen Adreßbus (16, 20, 24 oder 32 Bit )
Steuerbus - Sammelschiene für unterschiedlichste Steuersignale zur zeitlichen und logischen Koordination
der Abläufe ( z.B. Schreiben / Lesen im Speicher ) durch den Mikroprozessor.