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Minimale Maschinen

Ein Beitrag zu den Grundlagen der Rechnerarchitektur

Wolfgang Matthes

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Wolfgang Matthes, Minimale Maschinen (2019), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832589486

Getrackt seit 05/2018

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Beschreibung / Abstract

Mit einfachen Mitteln auszukommen ist immer von Interesse. Was aber als einfach anzusehen ist, ergibt sich aus der jeweiligen Absicht und aus dem jeweils aktuellen Stand der Technik. Am Beginn der Entwicklungsgeschichte standen zwei Absichten und Ansätze, die zu minimalen Maschinen geführt haben: die mathematische Grundlagenforschung mit dem Ziel, das Problem der Berechenbarkeit grundsätzlich zu klären, und die praktische Mathematik mit dem Ziel, sehr umfangreiche und komplizierte Berechnungen automatisch auszuführen. Gegenstand des Buches ist die Rechnerarchitektur, wobei auch wir zwei Absichten verfolgen: zum einen, die Rechnerarchitektur als Technikwissenschaft so exakt wie möglich zu begründen, zum anderen, Maschinen zu entwerfen, die man tatsächlich bauen und einsetzen kann. Wir beginnen mit einer Rückbesinnung auf die ursprünglichen Entwicklungs- und Erfindungsgedanken. Was waren die Absichten, was die entscheidenden Ideen, welche Voraussetzungen und Möglichkeiten waren gegeben? Die technischen Beschränkungen der Anfangszeit gibt es nicht mehr. Was könnte entstehen, würde man die ursprünglichen Erfindungsgedanken aufgreifen und mit dem heutigen Erkenntnisstand und technischen Möglichkeiten nochmals von Grund auf durcharbeiten? Auf diesem Wege konnte gezeigt werden, daß man, von den hypothetischen Maschinen der Grundlagenforschung ausgehend, sowohl die prinzipielle Struktur des typischen Universalrechners herleiten als auch praxisbrauchbare Maschinenarchitekturen systematisch entwickeln kann.

Der Inhalt im Überblick:
Einführung
Minimalprinzipen der Rechentechnik
Turingmaschinen
Zur Begründung des Universalrechners
Einfachmaschinen
Architekturbeispiele
Neue Einfachmaschinen

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • Vorwort
  • 1. Einführung
  • 1.1 Grundbegriffe
  • 1.2 Berechenbarkeit
  • 1.3 Der Universalrechenautomat
  • 2. Minimalprinzipien der Rechentechnik
  • 2.1 Minimalprinzipien der Turing-Vollständigkeit
  • 2.2 Minimalmaschinen der Theorie
  • 2.3 Minimalmaschinen der Praxis
  • 3. Turingmaschinen
  • 3.1 Hypothetische und fiktive Turingmaschinen
  • 3.2 Turingmaschinen in der Grundlagenforschung
  • 3.3 Spezielle Turingmaschinen
  • 3.4 Universelle Turingmaschinen
  • 4. Zur Begründung des Universalrechners
  • 4.1 Entwicklungswege
  • 4.2 Fiktive Turingmaschinen
  • 4.3 Die Turingmaschine als Grundlage des praxisbrauchbaren Universalrechners
  • 4.4 Vom Funktionszuordner zum Universalrechner
  • 4.5 Turingmaschine und Funktionszuordner
  • 5. Einfachmaschinen
  • 5.1 Grundlagen
  • 5.2 Einfache Einadreßmaschinen
  • 5.3 Stackmaschinen
  • 5.4 Die Einfachmaschine wird praxisbrauchbar
  • 6. Architekturbeispiele
  • 6.1 Maschinen aus Princeton
  • 6.2 TX0
  • 6.3 CDC 160
  • 6.4 PDP-8
  • 6.5 Data General Nova
  • 6.6 CDC 1700
  • 6.7 Mikroprogrammsteuerwerke und Mikrobefehle
  • 7. Neue Einfachmaschinen
  • 7.1 Zeitgemäße Wirkprinzipien
  • 7.2 Einfachmaschinen systematisch entwickeln
  • 7.3 Einfache Ressourcenvektormaschinen
  • 7.4 Maschinen mit kurzen und langen Befehlen
  • 7.5 Maschinenbefehle und Mikrobefehle
  • Anhang 1 Das C/Unix-Stackmodell
  • Anhang 2 Das x86-Registermodell
  • Anhang 3 Das Codierungsvermögen einfacher Befehlsformate
  • Anhang 4 Befehlswirkungen
  • Literatur- und Quellenverzeichnis
  • Index

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