Mikrocontroller und Mikroprozessoren
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 68
Mikroprozessoren Mikrocontroller
Instruktions‐
satzarchitektur‐
familien
Typ Ursprüngliche Spezifikation durch
Beispiel weiterer Hersteller x86 (beinhaltet
Pentium und co.)
CISC Intel AMD
ARM RISC ARM Limited
MIPS RISC MIPS
Technologies PowerPC RISC Motorola,
IBM, Apple
SPARC RISC Sun Fujitsu, Texas
Instruments SuperH RISC Hitachi
68000 CISC Motorola
Architektur
‐familien
Hersteller
MCS‐51 Intel
H8 Renesas
Technologies
Z8 Zilog
PIC Microchip
Technology 68HC08 Freescale
(ehemals Motorola)
AVR Atmel
MSP430 Texas
Instruments
Eine umfangreiche Vergleichsliste von CPU ISAs findet man z.B. hier:
https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_instruction_set_architectures
Eine umfangreiche Vergleichsliste von Mikrocontrollerfamilien findet man z.B. hier:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_common_
microcontrollers
Trends
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 69
Moore‘s Law
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 70
Bildquelle: en.wikipedia.org/wiki/Moores_law Data source: https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count
Author: Max Roser URL: https://ourworldindata.org/uploads/2019/05/Transistor‐Count‐over‐time‐to‐2018.png
Die Power‐Wall
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 71
Leistungsverlust P in Abhängigkeit von Spannung U und Taktfrequenz f:
Bildquelle: David A. Patterson und John L. Hennessy, „Computer Organization and Design“, Fifth Edition, 2014
Single‐Prozessor‐Performance
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 72
Move to multi-processor
Bildquelle: David A. Patterson und John L. Hennessy. “Computer Architecture”.5th Edition, 2014
Die PostPC Ära
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 73
Bildquelle: David A. Patterson und John L. Hennessy, „Computer Organization and Design“, Fifth Edition, 2014
Zusammenfassung und Literatur
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 74
Acht entscheidende Ideen zur Rechnerarchitektur
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 75
Design for Moore’s Law
Use Abstraction to Simplify Design Make the Common Case Fast
Performance via Parallelism Performance via Pipelining Performance via Prediction Hierarchy of Memories
Dependability via Redundancy
Icon Bildquelle: David A. Patterson und John L. Hennessy.
“Computer Architecture”. 5th Edition, 2014
Zusammenfassung
• Computer‐Architektur beinhaltet
– Instruktionssatzarchitektur (ISA)
– Rechnerorganisation/Mikroarchitektur – Hardware (und Firmware)
• ISA als Schnittstelle zwischen Hard‐ und Software
• Assembler und Maschinencode
• CPU Zeit als Performancegröße
– Produkt der Einzelfaktoren: Anzahl Instruktionen, CPI und Taktzeit bzw. 1/Taktrate
• Durchsatz als Performancegröße
• Benchmarks zum Vergleich von Systemen
• Leistung (aufgrund der Schaltvorgänge) ist ein wesentlicher limitierender Faktor die Taktrate immer weiter zu erhöhen
• Wesentliche Performanceverbesserungen durch
– Parallelität und Prädiktion auf verschiedenen Ebenen – Caching auf verschiedenen Ebenen
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 76
Literatur
[PattersonHennessy2012] David A. Patterson und John L. Hennessy,
„Computer Organization and Design“, Fourth Edition, 2012
1.1 Introduction
1.2 Below Your Program 1.3 Under the Covers 1.4 Performance
1.5 The Power Wall
1.7 Real Stuff: Manufacturing and Benchmarking the AMD Opteron X4 1.8 Fallacies and Pitfalls
1.9 Concluding Remarks
[HennessyPatterson2012] John L. Hennessy und David A. Patterson,
„Computer Architecture“, Fifth Edition, 2012
1.1 Introduction
1.2 Classes of Computers
[Tanenbaum2006] Andrew S Tanenbaum, „Structured Computer Organization“, Fifth Edition, 2006
1.1.2 Contemporary Multilevel Machines 1.2 Milestones in Computer Architecture
Grundlagen der Rechnerarchitektur ‐ Einführung 77
