6. Funktionseinheiten eines Computers / Mikrocomputers

Rechnergrundlagen Teil 2 - 7 - Prof. Dipl.-Ing. Komar
Man zielte darauf ab, immer mehr und komplexere Befehle auf der Maschinenbefehlsebene zur Verfügung
zu stellen. Dabei wird das interne Schaltnetz dieser CISC-Prozessoren in Form eines Festwertspeichers
(mikroprogrammiertes Steuerwerk ) realisiert.
Jeder der Befehle ( Makrobefehl ) aus dem externen Arbeitsspeicher wird im Steuerwerk des CISC-Prozessor
durch ein Mikroprogramm abgearbeitet. Dieses Mikroprogramm befindet sich im internen Festwertspeicher
und steuert die Abarbeitung des Makrobefehles aus dem externen Programmspeicher.
Das Mikroprogramm im internen Festwertspeicher wird als Firmware bezeichnet und in den 80iger
Jahren gab es mikroprogrammierbare Mikroprozessoren, bei denen der Anwender durch Implementierung
eines eigenen Mikroprogramms seinen eigenen Befehlssatz erzeugen konnte.
Seit Beginn der 90iger Jahre hat sich die Architektur des RISC-Prozessors ( Reduced Instruction Set
Computer ) durchgesetzt. Ansatz dabei war die Beschränkung auf wenige, einfache Befehle ( ungefähr 100 )
und die optimale Implementierung dieser wenigen Befehle auf dem Prozessor.
RISCs benötigen wegen ihrer einfachen Befehle keinen Mikrocode und deswegen wird bei ihnen das interne
Schaltnetz in festverdrahteter Logik (Gatterverküpfungen ) realisiert.
Diese einfachere Hardware läßt höhere Taktraten zu und da die Befehlsverarbeitung nach dem Pipeline-Prinzip
erfolgt, wird meist pro Maschinentakt ein Befehl beendet.
Da die heutigen Mikroprozessoren (Intel 80x86, Motorola 680x0 usw ) kompatibel zu den ersten CISC-
Bausteinen der jeweiligen Mikroprozessorfamilie bleiben müssen, sind auf den heutigen Bausteinen meist CISC-
und RISC-Komponenten gemischt untergebracht.
Als grobe Kriterien für die Leistungskategorie des Prozessors bzw Rechners gelten die externe Datenbus -
breite die meistens identisch ist mit der internen Registerbreite und der Takt.
Je größer die Taktrate und die Datenbusbreite, um so mehr Daten können pro Zeiteinheit aus dem Arbeits -
speicher in den Prozessor übertragen werden.
6.6 Personal-Computer PC und Intel 80x86-Prozessoren.
Der 16-Bit-Prozessor 8086 begründete die 80x86-Familie von Intel und wurde in der “Light-Version“ des
8088 (nur 8-Bit-Datenbus) der Stammprozessor des IBM-Personal -Computers.
Der 8086 wurde so weit wie nur möglich kompatibel zur 8-Bit-Vorgängergeneration 8080/8085 entwickelt
und hatte neben einem 16-Bit-Datenbus einen 20-Bit-Adressbus mit einem realen Adressraum von 1 Mbyte .
Dieser Adressierungsmodus wird als Real-Mode bezeichnet und das Betriebssystem DOS (Disk Operating
System ) ist in seinen Funktionen im wesentlichen auf diesen Real-Mode beschränkt.
PC-Kategorie Prozessor Register [Bit] Datenbus [Bit] Adreßbus [Bit] Takt [MHz]
Ur-Pc 8088 16 8 20 4,77
XT 8086 16 16 20 4,77 – 10
AT 80286 16 16 24 6 – 20
-386 80386 32 32 32 25 – 40
-486 80486 32 32 32 25 – 100
Pentium 80586 32 64 32 100 – 500
Pentium IV Pentium IV 32 64 36 > 1500
Um ein Programm, das für den ersten Ur-PC entwickelt wurde, auch noch auf einem heutigen Pentium-PC
ablaufen lassen zu können, sind alle Intel 80x86-Prozessoren aufwärtskompatibel, d.h. sie enthalten alle
Befehle und Funktionen der vorhergehenden Prozessorgeneration.
In jedem 80x86-Prozessor ist somit der Real-Mode ( 8086-Prozessor ) vorhanden und da unter dem Betriebs-
system WINDOWS auch das Betriebssystem DOS zur Verfügung gestellt wird, ist Kompatibilität zurück bis
zum Ur-Pc gewährleistet.
Bei den Nachfolgeprozessoren des 8086 hat INTEL zur Unterstützung eines Multitasking durch ein vierstufiges
Speicherschutzkonzept den sogn. Protected Virtual-Adress-Mode ( PVA ) eingeführt.
Da sich alle 80x86-Prozessoren nach dem Einschalten im Real Mode befinden, erfolgt die Umschaltung in den
Protected-Mode durch Setzen eines Bits im Maschinenstatuswort .
Der Speicher über der 1Mbyte-Grenze ( Extended Memory bis 4 Gbyte ) kann von den 80x86-Prozessoren
nur im Protected-Mode angesprochen werden.
Der ab dem 80386 zur Verfügung stehende Virtual 8086 Mode ermöglicht die Betreibung von Real-Mode-
Programmen in der geschützten Umgebung des Protected-Mode. ( z.B. MS-DOS-Eingabeaufforderung unter
WINDOWS )
Ab dem 80386 ist die interne Registerbreite von 16 auf 32 Bit verdoppelt worden und diese stehen auch im
Real-Mode zur Verfügung, können aber aus Gründen der Kompatibilität für DOS-Programme nicht effizient
verwendet werden.