6. Funktionseinheiten eines Computers / Mikrocomputers

Rechnergrundlagen Teil 2 - 4 - Prof. Dipl.-Ing. Komar
6.3 Software
Ein Programm für einen Prozessor besteht aus einer sequentiellen Folge von binären Bitmustern,
den Maschinenbefehlen ( Makrobefehle ). Ein Maschinenbefehl kann z.B. im PC 1 bis 9 Byte lang sein.
Bei der Abarbeitung des Programms werden diese Befehle sukzessive im Maschinencode aus dem Arbeits-
speicher über den Datenbus in den Prozessor geladen.
Der Operationscode (opcode) des Befehls, der die gewünschte Operation und die dazu benötigten Prozessor-
Komponenten spezifiziert, wird in die Befehlsregister des Steuerwerks geladen.
Ein Programm in Maschinensprache ist also eine Folge von binär codierten Befehlen (Objectcode).
Diese Maschinenbefehle sind als eine Folge von Nullen und Einsen (Bitmuster) sehr unübersichtlich und
werden deswegen grundsätzlich in hexadezimaler Schreibweise abgekürzt und übersichtlicher dargestellt.
Für das Programmieren sind diese hexadezimalen Abkürzungen immer noch zu unhandlich und von daher
erfolgt der Schritt zur Verwendung einer Assemblersprache mit mnemonischen Abkürzungen für die Befehle.
Beispiel: MOV A,#13 Assemblerbefehl ( 2 Byte ) Lade Akkumulator mit Konstante 1310
74 0D Maschinenbefehl hexadezimal ( Opcode ->74h, Operand-> 13 )
01110100 00001101 Maschinenbefehl binär
Der Begriff Assembler wird zum einen für die Sprache (Vereinbarung der mnemonischen Abkürzungen) als
auch für das Übersetzungsprogramm (das aus den mnemonischen Abkürzungen die Maschinenbefehle erzeugt)
verwendet. Programmierung in Assembler ist bei Mikrocomputern noch recht häufig, da der aus Assembler-
programmen erzeugte Maschinencode gegenüber demjenigen aus Hochsprachen erzeugten schneller und
speicher- effizienter ist.
Andererseits ist für Assemblerprogrammierung ein hoher Einarbeitungsaufwand nötig und der Assemblercode
ist prozessorabhängig (nicht kompatibel).
Die Compiler ( Übersetzerprogramme ) für höhere Programmiersprachen erzeugen zum einen direkt den
Maschinencode für den jeweiligen Prozessor oder generieren in der jeweiligen Assemblersprache einen sogn.
Zwischencode, der anschließend vom Assembler übersetzt wird.
Im Mittel werden für die Realisierung eines Hochsprachen-Befehls ungefähr 10 – 20 Maschinenbefehle benötigt.
Bei Generierung eines Assembler-Zwischencodes, kann falls gewünscht, dieser von Hand optimiert werden.
Ein Betriebssystem ordnet sich zwischen Hardware und Anwendersoftware ein und man versteht darunter
nach DIN: " diejenigen Programme eines digitalen Rechensystems, die zusammen mit den Eigenschaften der
Rechenanlage die Basis der möglichen Betriebsarten des digitalen Rechensystems bilden und insbesondere die
Abwicklung von Programmen steuern und überwachen."
Infolgedessen umfasst das Betriebssystem nur die Basissoftware, die einem Benutzer der Anlage erst ermöglicht
seine eigene (Anwendungs-)Software mehr oder weniger komfortabel ablaufen zu lassen.
Betriebssysteme bestehen im wesentlichen aus Hilfsprogrammen für Dateiverwaltung, Editieren, Übersetzen,
Linken/Laden und Testen (Debuggen). Einfachste Betriebssysteme (ohne Massenspeicher) werden als Monitor
bezeichnet (im MVUS 80535 -> MONITOR-51, auch DEBUG im PC kann als solches betrachtet werden )
Bekannteste Betriebssysteme für Personalcomputer und Arbeitsplatzrechner sind
CP/M (8 Bit)
DOS (16 Bit)
OS-2 (32 Bit)
UNIX (32 Bit)
WINDOWS (32 Bit)
LINUX (32 Bit)
Betriebssysteme lassen sich grob in Singletasking- und Multitasking-Systeme unterteilen, wobei letztere die
(quasi-) "gleichzeitige" Ausführung mehrerer Programme (Tasks, Prozesse) unterstützen.
Beim kooperativen Multitasking unterbricht sich eine Anwendung selbst, um einer anderen vorübergehend
den Vortritt zu lassen ( WINDOWS 3.x ) und beim preemtiven Multitasking wird jedem Programm ( Task )
vom Scheduler eine Zeitscheibe zugeteilt (WINDOWS 98, UNIX, LINUX ).
Bei Echtzeitbetriebssystemen wird für den Taskwechsel eine bestimmte Zeitdauer garantiert, damit zeit -
kritische Aufgaben ausreichen schnell bearbeitet werden können.
Verbreitete Echtzeitbetriebssysteme (Multitasking): RMX 86 und OS-9