Mikrocomputer ========================== Version: 0.1 (04/09/2001) Autor: Gabriel Mainberger für ObjectsOS Team (gabisoft@freesurf.ch) Website: http://objectsos.de.vu Lizenz: GNU Lizenz (siehe unten) 1.0 Einführung ============== Was versteht man unter dem Begriff Mikrocomputer? Grundsätzlich nichts anderes als ein eigenständiges Computersystem. Die ersten dieser Computersysteme oder eben Mikrocomputer, wurden 1977 von Apple, Commodore und Tandy vorgestellt. Typsche Mikrocomputer sind die Geräte aus der Familie des IBM-PC, des Macintosh, Atari, Amiga, C64, usw. Aber ein Mikrocomputer muss nicht unbedingt ein Computer im Sinne eines PC sein, er wird auch in vielen alltäglichen technischen Geräten wie Handy, Spielkonsolen, in Waschmaschinen, Bankomaten, Fernseher, Boardcomputer eines Flugzeugs... eingesetzt. 2. Der Grundaufbau ================== Ein Mikrokomputer besteht immer aus folgenden Einheiten: - Zentraleinheit = CPU = Prozessor - Zentralspeicher = RAM + ROM - Daten-/Adress-/Steuer-Bus - Ein-/Ausgabe-Einheit = I/O Einheit - Taktgeber Hier eine kleine schematische Zeichnung eines Mikrocomputers: +-----------+ | Taktgeber | +-----*-----+ | +-----*-----+ +-----------+ +-----------+ | CPU | | RAM + ROM | | I/O | +-----*-----+ +-----*-----+ +-----*-----+ | | | +--------------+--------------+ Bus (Datenbus, Steuerbus, Adressbus) Diese Komponenten sind mindestens nötig um ein funktionierendes Mikrocomputersystem zu erhalten. Noch kurz zu den Komponenten: * Taktgeber * Dieser besteht aus einem Quarz der in einer bestimmten Frequenz (Hz/MHz) schwingt. Dieser wird mit einem Kondensator gekoppelt. Und damit der Quarz immer in Schwingung bleibt und nicht wie ein Pendel sich auspendelt, steuert dieser einen Transistor an der die Spannung dann wieder erhöht und den Quarz neu "anstösst". Mit dieser Schaltung bekommt man ein Taktsignal das danach im ganzen PC verteilt und zum Teil noch mit Multiplikatoren verändert wird. * CPU * Der Przessor der den PC steuert. * RAM + ROM * Speicher für Programme und Daten. * I/O - Einheit * Alle Eingabe und Ausgabekomponenten wie zum Beispiel Tastatur, Maus, Bildschrim ect. Denn was nützt schon der beste Prozessor wenn er keine Daten bekommt. * Bus * Auf dem Bus werden alle Daten verschoben. 2.1 Prozessor ============= Der Prozessor auch CPU (Central Processing Unit) genannt, hat grundsätzlich 2 Aufgaben: 1. STEUERN Steuert den gesammten Ablauf, sowohl innerhalb als auch im gesamten System. 2. BEARBEITEN Kann mit Daten algorithmische und logische Operationen durchführen. Hier noch ein paar Prozessoren: Intel - 8088, 8086, 80186, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II... AMD - AMD K5, AMD K6, AMD K6-2, AMD K6-III, AMD Atlon, AMD-Duron... VIA - Cyrix 6x86, Cyrix 6x86xMX... Rise - Rise mp5, Rise mp6, Rise mp6 II... Transmedia - Crusoe... Motorola - 68000, 68030, 68040, 68060, Power-PC... 2.2 Zentralspeicher =================== Der Zentralspeicher ist nichts anderes als RAM und ROM Bausteine. Diese können direkt vom Prozessor angesprochen werden. Aufgaben des Zentralspeichers: - Datenspeicherung (RAM) - Programmspeicherung/Programmcode (RAM) - Konfiguration (CMOS) - Systemrutine (BIOS) Der gesammte Speicher ist so organisiert, das jede Speicherstelle eine eigene Adresse hat. Das ermöglicht dem Prozesor direkt beliebige Speicheradressen anzuwählen. Im Gegensatz zum Zentralspeicher können Sekundäre Speicher wie Disketten, Festplatten, CD-ROM nur über einen Controller angesprochen werden. Das ist auch der Grund warum alle Programme und Daten zuerst in den Zentralspeicher geladen werden müssen. 2.3 Daten-, Adress- und Steuer-Bus ================================== Der Ausdruck "Bus" kommt vom Lateinischen "omnibus" und bedeutet "alle". Und das kommt dem Grundsatz schon recht nahe: Alle Einheiten eines Mikrocomputers sind durch Busleitungen miteinander verbunden und können somit Daten austauschen. Ein Bus besteht aus mehreren Leitungen, wobei an jede Leitung paralell mehrere Einheiten angeschlossen sind. Datenleitungen +-----------+------------+------------- D3 | +---------|-+----------|-+----------- D2 | | +-------|-|-+--------|-|-+--------- D1 | | | +-----|-|-|-+------|-|-|-+------- D0 | | | | | | | | | | | | +-------+ +---------+ +---------+ | CPU |--| ROM |--| I/O |-- READ Steuer- | |--| RAM |--| Einheit |-- WRITE leitungen +-------+ +---------+ +---------+ | | | | | | | | | | | +-------|-|-+--------|-|-+--------- A0 | +---------|-+----------|-+----------- A1 +-----------+------------+------------- A2 Adressleitungen * Datenbus * Auf dem Datenbus werden die DAten zwischen der CPU und den einzelnen Einheiten übertragen. * Adressbus * Die CPU legt die Adresse der jeweils anzusprechnden Einheit auf den Adressbus. * Steuerbus * Über den Steuerbus wird die jeweilige adressierte Einheit von der CPU angewiesen, eine Funktion auszuführen. 2.3.1 Lesevorgang ================= Der Prozessor soll Daten aus der ROM-Einheit lesen: 1. Die CPU gibt die Adresse der ROM-Einheit auf den Adressbus. 2. Die CPU aktiviert auf dem Steuerbus das Kommando READ. 3. Die CPU übernimmt die Daten auf dem Datenbus. 2.3.2 Schreibvorgang ==================== Der Prozessor soll Daten schreiben: 1. Die CPU gibt die Adresse auf den Adressbus. 2. Die CPU gibt Daten auf den Datenbus. 3. Die CPU aktiviert auf dem Steuerbus das Kommando WRITE. 4. Die CPU deaktiviert Adress und Datenbus. 2.4 Ein-/Ausgabe-Einheit ======================== Die Ein-/Ausgabe-Einheit (auch Input-/Output-Einheit kurz IO-Einheit) hat die Aufgabe alle Peripherie mit dem Mikrocomputer zu verbinden. Sie entlastet somit den Prozessor vor Rutineaufgaben und erhöht dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit des Systems. GNU Lizenz ========== Copyright (c) 2001 ObjectsOS Team. 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