Einführung in Die Informationsverarbeitung

Einführung in die Informationsverarbeitung

Gerhard Entreß Lieselotte Entreß

2., bearbeitete Auflage

g VEB VERLAG TECHNIK BERLIN Inhaltsverzeichnis

1. Einführung in die Arbeitsweise eines digitalen Rechenautomaten 11 1.1. Automatisierung der Informationsverarbeitung 11 1.2. Aufbau und Wirkung der Befehle 15 1.3. Hauptbestandteile einer Rechenanlage 18 1.4. Gerätetechnik und Systemunterlagen 19 1.5. Wissensverarbeitung 20 1.6. Übungsaufgaben 21

2. Allgemeine Grundlagen 22 2.1. Signale und Informationen 22 2.2. Codierung 25 2.2.1. Codierung der Nachrichtenelemente 25 2.2.2. Codesicherung für Nachrichtenelemente 28 2.2.3. Wortbildung 32 2.2.4. Zahlendarstellungen 32 2.3. Verarbeitung digitaler Informationen 37 2.4. Binäre Informationsdarstellung 38 2.5. Elektronische Bauelemente 40 2.6. Übungsaufgaben 42

3. Datenträger 46 3.1. Lochbänder 46 3.2. Lochkarten 46 3.3. Markierungsbelege 48 3.4. Belege zur optischen Zeichenerkennung 50 3.5. Magnetische Datenträger 51 3.5.1. Magnetbänder und Magnetkarten 53 3.5.2. Magnettrommeln 55 3.5.3. Magnetplatten 55 3.6. Optische Datenträger 56

4. Arbeitsspeicher 58 4.1. Grundaufbau und Funktion des Speichers 58 4.2. Adressierungsverfahren 59 4.3. Assoziative Speicher 64 4.4. Kellerspeicher 65 4.5. Speicherschutz 66 4.6. Kenngrößen 68 4.7. Speichersteuerung 68 4.8. Speicherstrukturen, Speicherorganisation 70 4.9. Übungsaufgaben 75

5. Prozessor 78 5.1. Registerspeicher 78 5.2. Verarbeitungswerk 81 5.2.1. Interne Zahlendarstellung 81 5.2.2. Rechenoperationen im Dualcode 83 5:2.3. Zahlenkonvertierung 85 Inhaltsverzeichnis 7

5.2.4. Dezimalrechnung 87 5.2.5. Gleitpunktrechnung 90 5.2.6. Logische Verarbeitung 90 5.3. Interne Datenwegsysteme 91 5.4. Steuerwerk •' 95 5.4.1. Steuerung des Befehlsablaufs 95 5.4.2. Arbeitsphasenkonzept 96 5.4.3. Mikroprogrammsteuerwerk 97 5.4.4. Realisierung des Befehls 100 5.4.5. Steuerung der Verarbeitung 101 5.5. Übungsaufgaben 1Q4

6. Zentraleinheit \*\ 6.1. Steuerwerk .. 6.2. Programmstatuswort H2- 6.3. Unterbrechnungssystem 1" 6.4. Befehlsvorbereitungseinheit u» 6.5. Zeitgeber und Tageszeituhr 119 6.6. Hauptspeichervermittlung 120 6.7. Übungsaufgaben 121

7. Anschluß der Peripherie 124 7.1. Direkte Eingabe-und Ausgabeverfahren 124 7.2. Gepufferte Eingabe- und Ausgabeverfahren 125 7.3. Peripherieanschluß über E/A-Prozessoren 126 7.3.1. Kanalsteuerprinzip 126 7.3.2. Arbeitsweise des Kanals 131 7.4. Peripherieanschluß über Satellitenrechner 134 7.5. Anschlußbilder (Interfaces) 135 7.6. Übungsaufgaben 141 8. Periphere Geräte 143 8.1. Arbeitsprinzipien und konstruktiver Aufbau 143 8.1.1. Mechanische Elemente 143 8.1.2. Abtasteinrichtungen 143 8.1.3. Zeichenerzeugung 145 8.1.4. Wandler, Meß-und Stellglieder 145 8.2. Tastaturen I46 8.3. Druckwerke 148 8.3.1. Mechanische Seriendrucker 148 8.3.2. Mechanische Paralleldrucker 149 8.3.3. Nichtmechanische Druckwerke 151 8.4. Bildschirmeinheiten und Zeichengeräte 152 8.5. Stanzende Geräte 154 8.6. Lesende Geräte 155 8.7. Geräte der optischen Zeichenerkennung 156 8.8. Periphere Speicher 158 8.8.1. Funktioneller Aufbau 158 8.8.2. Aufzeichnungsverfahren für magnetomotorische Speicher 158 8.8.3. Magnetomotorische Speichergeräte 161 8.8.4. Optische Speicherformen 164 8.9. Datenerfassungsgeräte 164 8.10. Übungsaufgaben I66 8 Inhaltsverzeichnis

9. Datenübertragung 169 9.1. Aufgabe und Grundprinzip 169 9.2. Datenübertragungskanäle 170 9.2.1. Datenübertragungsmedien 170 9.2.2. Betriebsverfahren 1-71 9.2.3. Einzelverbindungen 172 9.2.4. Gruppenverbindungen 172 9.2.5. Netzwerke 173 9.3. Übertragungstechnik 174 9.3.1. Nah-und Fernübertragung 174 9.3.2. Modulationsverfahren 175 9.3.3. Codierungsverfahren 178 9.4. Datenstationen 179 9.4.1. Allgemeine Grundstrukturen 179 9.4.2. Datenendplätze 180 9.4.3. Abonnentenpunkte 180 9.4.4. Vermittlungsstationen 181 9.5. Übertragungsprotokolle 181 9.5.1. Schnittstellen 182 9.5.2. Übertragungsprozeduren 182 9.6. Übungsaufgaben 184

10. Bauelementebasis 185 10.1. Basistechnologien 185 10.2. Grund-und Verstärkerelemente 186 10.3. Kombinatorische Elemente 186 10.3.1. Logische Grundgatter 186 10.3.2. Codewandler und Multiplexer 187 10.3.3. Rechenelemente 187 10.4. Speicherelemente 188 10.4.1. Statische Speicher 188 10.4.2. Dynamische Speicher 188 10.4.3. Speicher mit E/A-Toren 188 10.4.4. Speicherverwaltung 188 10.5. Impulserzeuger, Zähler, Teiler 189 10.6. Anzeigeelemente 189 10.7. Integrierte Rechnerschaltungen 189 10.7.1. Ablaufsteuerungen 190 10.7.2. Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 191 10.7.3. Mikroprozessoren 193 10.7.4. Bit-Scheiben-Prozessorschaltkreise 194 10.7.5. Einchiprechner 195 10.7.6. Einchipmehrprozessorsysteme 197 10.8. Programmierung der Schaltkreise 197 11. Informationsverarbeitungssysteme 198 11.1. Einrechnerkonzepte 198 11.1.1. Klassisches Rechnerkonzept 198 11.1.2. Zeitteilungskonzept 199 11.1.3. Pipelinekonzept 200 11.1.4. Multiprozessorkonzept 201 11.1.5. Assoziativkonzept 203 11.1.6. Kellerkonzept 203 11.1.7. Hybridkonzept 205 Inhaltsverzeichnis 9

1-1.1.8. Rechnerfamilienkonzept 205 11.1.9. Datenbankkonzept 206 11.1.10. Sprachkonzept 206 11.1.11. Emulatoren 206 11.2. Mehrrechnerkonzepte 207 11.2.1. Erweiterung des klassischen Konzepts 207 11.2.2. Rechnerverbundsystem 208 11.2.3. Hierarchische Systeme 208 11.2.4. Rechnernetze 209 11.3. Rechnerklassen 210 11.3.1. Kalkulatoren 210 11.3.2. Mikrorechner 211 11.3.3. Kleinrechner 212 11.3.4. Universelle Rechenanlagen 213 11.4. Diagnosesysteme 215 11.5. Rechnergenerationen 215 11.6. Programmierung 216 11.6.1. Maschinenorientierte Programmierung 217 11.6.2. Problemorientierte Programmierung 217 11.6.3. Programmerstellung 218

12. Einsatzbeispiele für Mikrorechner 219 12.1. Einsatzmöglichkeiten 220 12.2. Industrieroboter 220 12.3. Fertigungssteuerung 221 12.4. Mikroprozessorregler 221 12.5. Meß- und Prüftechnik 222 12.6. Anzeigetechnik 222 12.7. Verkehrssteuerungen und Transportwesen 223 12.8. Rechnergestützte Arbeitsweisen 223

13. Betriebssicherheit von Systemen 224 13.1. Kennwerte 224 13.2. Reihenschaltung von Funktionseinheiten 225 13.3. Parallelschaltung von Funktionseinheiten 226 13.4. Behandlung von Systemen 226 13.5. Systementwurf 227 13.6. Übungsaufgaben 228

14. Abgrenzung und Verflechtung der Teildisziplinen der automatischen Informa tionsverarbeitung 231 14.1. Signalraum und Informationsraum 231 14.2. Einheit von Hardware und Software 231 14.3. Beurteilung von Rechenanlagen 232 14.3.1. Allgemeine Gesichtspunkte 232 14.3.2. Beurteilung gleicher und unterschiedlicher Anlagen 234 14.3.3. Befehlsmix 235 14.3.4. Programmix 235 14.3.5. Jobmix 236 14.3.6. Belastungstest 236

15. Lösungen der Übungsaufgaben 237 15.1. Abschnitt 1 237 15.2. Abschnitt 2 241 15.3. Abschnitt 4 247 10 Inhaltsverzeichnis

15.4. Abschnitt 5 250 15.5. Abschnitt 6 267 15.6. Abschnitt 7 ' 272 15.7. Abschnitt 8 276 15.8. Abschnitt 9 2&2 15.9. Abschnitt 13 283

16. Tafeln 286 16.1. Einige Konstanten , 286 16.2. Analoge und digitale Signalformen 286 16.3. Beispiel zur analogen Informationsverarbeitung 286 16.4. Potenzen von 2, 8 und 16 287 16.5. Negative Potenzen von 2, 8 und 16 in halblogarithmischer Darstellung 288 16.6. Konvertierungstabelle hexadezimal - dezimal 288 16.7. Hexadezimale Adreßangabe für K-Bereiche 289 16.8. Sowjetischer 4-, 5-, 6-, 7-Bit-Code 289 16.9. Sowjetischer Lochkartencode 290 16.10. Internationaler Fernschreibcode Nr. 2 nach CCITT 290 16.11. Sowjetischer 6-Bit-Code für das lateinische Alphabet 291 16.12. Robotron-R 300-Codierungen 291 16.13. BCDIC-Code 292 16.14. BCDIC-Lochbandcode 293 16.15. BCDIC-Lochkartencode 294 16.16. ISO-6-Bit-Code 294 16.17. ISO-7-Bit-Lochkartencode 295 16.18. KOI-8- und KOI-7- (ISO-7-Bit-, ASCII-) Code 295 16.19. DKOI-Code 296 16.20. KPK-12-Code.für zwölfzeilige Lochkarten 296 16.21. Darstellung des DKOI-Codes mit Hilfe zwölfzeiliger Lochkarten 297 16.22. Abkürzungen für Steuer- und Sonderzeichen in den Codetabellen 297

17. Abkürzungen und Formelzeichen 299

Literaturverzeichnis 304

Sachwörterverzeichnis 308