Dieses
Ebenenmodell kann sehr gut zur Klärung der Inhalte, mit denen sich
Mikrocomputertechnik beschäftigt
herangezogen werden. Dabei gibt es wie in allen wissenschaftlichen Fächern
Schnittstellen zu anderen
Fachgebieten.
Die
unterste Ebene beschreibt einfache Bauelemente wie: Widerstände,
Kondensatoren, Spulen, Dioden und
Transistoren. Diese Ebene lässt sich dem Fachgebiet Elektrotechnik zuordnen.
Die Modelle zur Beschreibung der
elektrotechnischen Vorgänge beinhalten eine große Komplexität. Die Maxwell‘schen Gleichungen beschreiben diese Vorgänge.
Die
darüber liegende Ebene ist das Kerngebiet der Digitaltechnik. Die logischen
Gatter und die Flip-Flops als Speicher
stehen vereinfacht für das Fachgebiet. Die
Register und die dazwischen liegenden Adress- und Datenleitungen sind Berührungspunkte zwischen Digitaltechnik
und Mikrocomputertechnik.
Das
Mikroprogramm ist wesentlicher Bestandteil eines jeden Prozessors. Es steuert
die gesamten Abläufe bei Ausführung eines
Befehls. Der Entwurf des Mikroprogrammes ist nicht Gegenstand dieser Vorlesung. Aber jeder einzelne Befehl in den Programmen
löst jeweils die Abarbeitung eines Mikroprogrammes
aus. Abgearbeitet wird dieser Mikrocode mit Hilfe des Steuerwerks.
Die
nächsten Ebenen sind ureigener Bestandteil der Mikrocomputertechnik. Studieren
Sie die verschiedenen Prozessoren und deren
unterschiedliche Architektur in Kapitel 8 des Buches.
Kombiniert
man die Bauteile der nächsten Ebene: Zähler, Timer, FIFOs,
Input-Output-Bausteine mit dem
Mikroprozessor entsteht daraus der Mikrocontroller. Auch DSPs – digitale
Signalprozessoren – bestehen meist aus
einem Prozessorkern mit integrierten Peripheriebausteinen.
Alle
Prozessoren werden mit Assembler – der Maschinensprache – programmiert.
Stellvertretend wurde hier der 8051-Befehl:
MOV A,@R0 gewählt. Der Inhalt der Speicherzelle deren Adresse in R0 steht wird
in den Akkumulator verschoben. Keine Angst
….. diesen Sachverhalt werde ich später nochmals genauer darstellen.
Jedes
Mikrocomputersystem benötigt ein Betriebssystem. Sobald die Verwaltung von
externen Speichermedien notwendig ist,
werden solche Betriebssysteme sehr aufwendig. Wir werden für den Aufbau von Betriebssystemen nur wenige Grundlagen wie
Interrupt und Polling behandeln. Der Aufbau von Betriebssystemen ist ein wesentliches Kerngebiet der Informatik.
Die
Übersetzungsprogramme welche ausführbaren Maschinencode erzeugen werden
Compiler genannt. Der Linker verbindet die
einzelnen Programmmodule und weist diesen auch den Speicherplatz zu. Der Interpreter übersetzt ebenso wie
der Compiler die Programme. Aber im Unterschied
zum Compiler während der Abarbeitung des Programms – also jedesmal.
Die
Weiterentwicklung der Computersprachen brachte die nächste Ebene hervor:
Objektorientierte Hochsprachen in Form von
C++, C#, Java oder Small-Talk.
Entwicklungswerkzeuge
wie Tollbook, Visual Basic oder auch Simulink ermöglichen das Programmieren mit Objekten. Ein typisches Objekt wäre ein Fenster zum
Öffnen von Dateien.
Winword,
Excel, Powerpoint, Frontpage oder Maple sind relativ einfach durch den
Anwender zu bedienen. Unterschätzen Sie
aber nicht die Komplexität, solche Programme zu entwickeln.
Intelligente
Programme oder Maschinen mit Intelligenz bilden die oberste Ebene. Der Turing
Test beschäftigt sich genau mit dieser
Frage: Können Maschinen die Intelligenz von Menschen haben.
Wobei ich
der Überzeugung bin, dass der Computer die Intelligenz von 1m Feldweg hat. Er
hat keinen Geist, keine Seele und kein
Gefühl.