1
00:00:03,640 --> 00:00:06,360
 Das war's für heute.

2
00:00:07,220 --> 00:00:08,500
 Bis zum nächsten Mal.

3
00:00:09,978 --> 00:00:17,398
 So, schönen guten Tag. Assembler-Programmierung, Assembler und Rechner
-Architektur-Grundlagen.

4
00:00:19,698 --> 00:00:28,198
 Was ist die Ausgangssituation für unsere Betrachtung? In der Pionierzeit hatte
 man die

5
00:00:28,198 --> 00:00:34,698
 wesentlichen Komponenten der Hardware bereits als solche identifiziert. Die
 haben sich im

6
00:00:35,038 --> 00:00:36,958
 bis heute nicht geändert.

7
00:00:37,376 --> 00:00:47,696
 Wusste also ziemlich früh in der Genese der Informatik, welche Komponenten wie
 zusammenwirken müssen, um eine universelle programmierbare Maschine
 konstruieren zu können.

8
00:00:48,276 --> 00:00:52,336
 Genau darüber werden wir im weiteren Verlauf des Vortrags reflektieren.

9
00:00:53,396 --> 00:01:03,976
 Und wir erinnern uns, dass die Hardware als solche die Plattform bietet, die
 unverändert zur Verfügung steht und

10
00:01:04,144 --> 00:01:09,644
 ihre Flexibilität dadurch gewinnt, dass Programme auf ihr laufen können.

11
00:01:10,984 --> 00:01:20,824
 Die Programme machen die Hardware flexibel einsetzbar, weil die Hardware so
 konstruiert ist, dass sie diese Flexibilität eben besitzt.

12
00:01:20,824 --> 00:01:28,964
 Man muss sich fragen, welche Hardware Bestandteile, welche Komponenten zu einer
 Architektur zusammengefügt.

13
00:01:29,600 --> 00:01:39,380
 Leisten diese Flexibilität und wie können Programme so abgearbeitet werden,
 dass das ganze Programm unabhängig passiert.

14
00:01:39,720 --> 00:01:41,380
 Also der Befehlszyklus.

15
00:01:42,640 --> 00:01:51,580
 In den Anfangsjahren waren die Hardware-Architekten immer auch Programmierer.

16
00:01:51,900 --> 00:01:58,780
 Und andersrum, denn man musste intime Kenntnisse der zugrunde liegenden
 Hardware besitzen, um die Rechner überhaupt nutzen zu können.

17
00:01:59,168 --> 00:02:12,468
 Woran lag das? Die Hardware war sehr teuer, es gab nur ganz wenig davon und man
 musste die Daten auf Assemblerebene von Register zu Register transferieren.

18
00:02:13,208 --> 00:02:17,788
 Dazu musste man ganz genau wissen, wie die Hardware eigentlich intern arbeitet.

19
00:02:17,788 --> 00:02:23,848
 Und mit der Zeit und der Verbreitung von Rechnern

20
00:02:24,128 --> 00:02:42,128
 kam auch die Software hinterher, was das Design angeht. Es ist Software
 Engineering entstand und das Übergreifziel von höheren Programmiersprachen ist
 es gerade, die Details der zugrunde liegenden Maschine zu verbergen.

21
00:02:43,588 --> 00:02:53,948
 Sprich, man soll nicht mehr wissen, wie viele Register es gibt, was die genau
 für eine Aufgabe haben und wie die ganzen architekturellen Merkmale
 hardwareseitig zusammenwirken.

22
00:02:54,400 --> 00:03:03,500
 Weil das dem menschlichen Denken hinsichtlich einer Programmieraufgabe nun mal
 recht weit entrückt ist.

23
00:03:05,860 --> 00:03:17,300
 Wenn man sich jetzt mit Mikrocontrollern als ein ganz weites Feld der Praxis
 beschäftigt, dann hat man so einen Hybridfall vorliegen.

24
00:03:17,300 --> 00:03:24,400
 Man muss nicht zwangsweise jedes Detail des Mikrocontrollers, der zugrunde
 liegenden Funktionen,

25
00:03:24,432 --> 00:03:31,192
 Hardware-Plattformen, beispielsweise den ATmega-Prozessor in der Arduino
-Mikrocontroller-Familie kennen.

26
00:03:31,872 --> 00:03:40,372
 Aber man braucht schon mehr Kenntnisse, als das jetzt ein Software-Ingenieur
 benötigt,

27
00:03:40,752 --> 00:03:45,772
 der Anwendungsprogramme in einer höheren Programmiersprache wie Java oder
 ähnliches schreibt.

28
00:03:46,772 --> 00:03:48,792
 Das heißt, so eine kleine Renaissance,

29
00:03:48,792 --> 00:03:50,892
 der

30
00:03:51,312 --> 00:04:14,912
 Hardware näheren Betrachtungsweise kommt über den Mikrocontroller in die
 Informatik, was die Lehre angeht an Schulen und Hochschulen, da ist momentan
 das Physical Computing so die Flagge unter dem der Mikrocontroller segelt, aber
 in welcher Form das dann auch jeweils weitergetragen wird.

31
00:04:14,912 --> 00:04:18,572
 Und Mikrocontroller sind auch in der industriellen Praxis die, die, die, die,
 die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die,
 die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die,
 die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die,
 die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die,
 die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die,
 die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die, die,
 die, die, die, die, die

32
00:04:18,592 --> 00:04:25,292
 die häufigste Plattform von Rechnern überhaupt. Ja, das ist nicht der Desktop
-Rechner, sondern

33
00:04:25,292 --> 00:04:32,412
 Mikrocontroller, weil das in Form von eingebetteten Systemen an allen möglichen
 Stellen verbaut

34
00:04:32,412 --> 00:04:36,932
 ist, die man oftmals nicht sieht. Das ist ja gerade der Sinn der Sache. Aber
 wenn

35
00:04:36,932 --> 00:04:41,012
 Sie sich mit Mikrocontrollern beschäftigen, beispielsweise mit der Arduino
-Plattform,

36
00:04:41,012 --> 00:04:46,892
 haben Sie die Schnittstelle zwischen dem, was

37
00:04:47,376 --> 00:04:52,936
 heutzutage eher als Informatik bezeichnet wird, Datenbanken, Programmierung,

38
00:04:53,856 --> 00:04:59,216
 vielleicht künstliche Intelligenz und solche Dinge und der den Bereich, der

39
00:04:59,216 --> 00:05:03,576
 früher heute teilweise noch so als technische Informatik betrachtet wird

40
00:05:03,576 --> 00:05:10,396
 wozu auch die Elektronik gehört. Das ist ein sehr spannendes Anwendungsfeld und

41
00:05:10,396 --> 00:05:13,896
 da kann es nicht schaden, sich auch

42
00:05:14,624 --> 00:05:20,584
 in gewissem Maße mit der Assembler-Programmierung zu beschäftigen, also der
 einzigen Sprache,

43
00:05:20,664 --> 00:05:26,164
 die ein Prozessor wirklich versteht. Bedenken Sie immer, egal in welcher
 höheren Programmiersprache

44
00:05:26,164 --> 00:05:31,884
 Sie programmieren, Ihr Rechner kann genau eine Sprache verstehen, nämlich seine
 Maschinensprache

45
00:05:31,884 --> 00:05:41,564
 und keine andere. Wie sieht es jetzt aus? Welche Komponenten braucht man, um
 diese Universalität

46
00:05:41,564 --> 00:05:42,464
 der Rechner?

47
00:05:44,376 --> 00:05:59,816
 Sicherzustellen, wie sieht die Architektur aus? Das heißt, wie wirken diese
 Komponenten zusammen und wie wird Software abgearbeitet, sodass die universelle
 Maschine zur universell programmierbaren Maschine wird?

48
00:06:00,416 --> 00:06:03,556
 Diesen zentralen Fragen werden wir nachgehen.

49
00:06:08,154 --> 00:06:20,354
 In der Pionierzeit gab es im Wesentlichen zwei architekturelle Ansätze, sind
 einmal die Harvard und die von Neumann Architektur.

50
00:06:21,214 --> 00:06:29,514
 Die unterscheiden sich darin, dass in der Harvard Architektur Programme und
 Daten in getrennten Speichern vorgehalten werden,

51
00:06:30,134 --> 00:06:34,574
 während die von Neumann Architektur beides in einem gemeinsamen Speicher
 verwaltet.

52
00:06:35,264 --> 00:06:41,264
 Die von Neumann Architektur hat sich in Anführungsstrichen durchgesetzt, die
 ist zumindest am weitesten verbreitet.

53
00:06:42,104 --> 00:06:50,464
 Allerdings werden sie gerade im Mikrocontrollerbereich noch viele Architekturen
 nach dem Harvard-Prinzip finden.

54
00:06:52,344 --> 00:07:02,344
 Der ATmega-Prozessor, der beispielsweise auf der Arduino-Plattform verbaut ist,
 erfolgt der Harvard-Architektur wie andere Mikrocontroller auch.

55
00:07:05,146 --> 00:07:09,306
 Jetzt wird der Informatik oft nachgesagt, dass sie sich schnell ändert.

56
00:07:10,566 --> 00:07:14,986
 Das ist so halb wahr, es gibt Bereiche, die sich in der Tat sehr schnell
 ändern, aber

57
00:07:14,986 --> 00:07:19,506
 die Grundlagen der Informatik, auch der technischen Informatik und ganz
 besonders

58
00:07:19,506 --> 00:07:23,086
 der Rechnerarchitektur, die sind seit Jahrzehnten stabil.

59
00:07:24,146 --> 00:07:28,346
 Zwar gibt es natürlich Spezial-Hardware für Bildverarbeitung im medizinischen
 Bereich

60
00:07:28,346 --> 00:07:33,886
 beispielsweise oder Grafikprozessoren, die nach anderen Prinzipien arbeiten.

61
00:07:34,528 --> 00:07:47,708
 Aber der universalen Rechner, der ist heute genauso wie zu Gründerzeit auch.
 Nur halt sind die Bestandteile viel schneller geworden.

62
00:07:50,968 --> 00:08:00,528
 Wenn dem also so ist, wenn man einen universell einsetzbaren, programmierbaren
 Rechner konstruieren kann, welche Komponenten braucht man?

63
00:08:00,528 --> 00:08:04,128
 Was muss man können und wie lässt sich das auf die Komponenten runter bräuche?

64
00:08:07,054 --> 00:08:12,554
 Reflektiert man darüber, dann wird man feststellen, so ein Rechner muss
 natürlich rechnen können.

65
00:08:12,834 --> 00:08:16,174
 Das heißt, das ist eine Recheneinheit, die in irgendeiner Form besitzt.

66
00:08:16,274 --> 00:08:20,174
 Der muss Ergebnisse und Zwischenergebnisse speichern können.

67
00:08:20,274 --> 00:08:23,334
 Das heißt, er muss eine Speichermöglichkeit besitzen.

68
00:08:23,494 --> 00:08:27,174
 Es muss einen Chef geben, der das Ganze koordiniert, eine Steuerzentrale.

69
00:08:27,694 --> 00:08:31,934
 Und es muss eine Kommunikation mit der Außenwelt stattfinden können.

70
00:08:31,934 --> 00:08:34,354
 Spricht Daten, Sensorwerte.

71
00:08:34,928 --> 00:08:46,368
 Die müssen in das System gelangen, die werden dann verarbeitet und das System
 muss aufgrund der Verarbeitung dann irgendwelche Ausgaben tätigen, damit über
 Aktoren Reaktionen erfolgen können.

72
00:08:46,928 --> 00:08:50,868
 Da haben sie wieder das EFA-Prinzip. Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe.

73
00:08:51,488 --> 00:08:55,708
 Und mit diesen vier prinzipiellen Komponenten können sie praktisch alles
 machen.

74
00:08:58,848 --> 00:08:59,748
 Wer macht denn jetzt was?

75
00:09:00,828 --> 00:09:03,208
 Naja, die Recheneinheit ist der Prozessor.

76
00:09:05,212 --> 00:09:10,392
 Wir werden gleich noch Details kennenlernen, welche Komponenten auf dem
 Prozessor das Ding

77
00:09:10,392 --> 00:09:10,952
 jetzt leisten.

78
00:09:12,332 --> 00:09:13,672
 Speichermöglichkeit, Hauptspeicher.

79
00:09:14,552 --> 00:09:19,912
 Es gibt auch andere Speicher, Register beispielsweise, aber die großen
 Datenmengen während der

80
00:09:19,912 --> 00:09:21,792
 Abarbeitung, die landen im Hauptspeicher.

81
00:09:22,512 --> 00:09:28,612
 Die Steuerzentrale wird durch die Steuerzentrale, das Steuerwerk umgesetzt und
 die Kommunikation

82
00:09:28,612 --> 00:09:31,032
 mit der Außenwelt ist die Ein- und Ausgabeeinheit.

83
00:09:31,032 --> 00:09:33,492
 So.

84
00:09:33,920 --> 00:09:42,900
 Das heißt also, wir können uns diese vier Blöcke mal aufzeichnen und so
 passiert natürlich noch nichts, weil die im luftleeren Raum jeder für sich
 schwebt.

85
00:09:42,940 --> 00:09:44,780
 Wir müssen die irgendwie verbinden.

86
00:09:46,220 --> 00:09:58,320
 Wenn man das macht, dann erinnert man sich, dass die Leitungen "Bussystem"
 heißen und dass es davon drei Stück gibt.

87
00:09:59,440 --> 00:10:01,660
 Datenbus, Adressbus und Steuerbus.

88
00:10:02,064 --> 00:10:08,284
 Und wie die Namen schon verraten, laufen die Daten über einen separaten Bus.
 Das ist der Datenbus.

89
00:10:08,904 --> 00:10:12,624
 Die Adressen über den Adressbus und die Steuersignale über den Steuerbus.

90
00:10:13,604 --> 00:10:20,944
 Kann man nicht nur ein Leitungs-Konglomerat sozusagen bilden? Ja, kann man.

91
00:10:22,264 --> 00:10:30,524
 Nur bedenken Sie bei allem, was man so lernt, dass unterschiedliche Kriterien

92
00:10:30,524 --> 00:10:31,724
 Designentscheidungen sind.

93
00:10:32,016 --> 00:10:38,016
 Wenn es nur einen Bus gibt, also nur eine Straße, dann ist da ganz schnell
 Stau.

94
00:10:40,096 --> 00:10:46,216
 Die Parallelisierbarkeit, der gleichzeitig Abarbeitbarkeit von Dingen sind an
 Grenzen gesetzt.

95
00:10:47,056 --> 00:10:51,016
 Haben Sie Daten, Adressen und Steuersignale getrennt?

96
00:10:52,356 --> 00:10:55,236
 Können Sie gegebenenfalls Dinge parallel erledigen?

97
00:10:55,236 --> 00:10:59,436
 Und daher trennt man diese.

98
00:10:59,648 --> 00:11:18,328
 Verbindungsleitung auf in die drei untereinheiten. Der Prozessor selbst, der
 besteht im Wesentlichen aus der Einheit, die tatsächlich rechnet im Rechenwerk,
 der alu, arithmetisch logische Einheit, und dem Chef, der koordinativen Einheit
 im Leit- oder Steuerwerk.

99
00:11:20,448 --> 00:11:27,468
 Bedenken Sie, wenn Sie Schaltbilder lesen, dass das Bussystem in der Regel, je
 nachdem was im Schaltbild gerade hervorgehoben werden soll,

100
00:11:27,920 --> 00:11:34,100
 durch einen Strich einfach gekennzeichnet wird, da sind dann aber sehr viele
 Leitungen hinter.

101
00:11:34,240 --> 00:11:39,080
 Wenn Sie bei 8-Bit-Systemen zum Beispiel den Datenbus betreiben oder
 betrachten,

102
00:11:39,460 --> 00:11:42,920
 dann sind da 8 Leitungen hinter dem Strich verborgen.

103
00:11:43,700 --> 00:11:46,700
 Da verliert man völlig den Überblick, wenn man das jedes Mal aufzeichnet.

104
00:11:49,900 --> 00:11:56,140
 Das sieht da eigentlich recht übersichtlich aus und ist es auch vom
 Strukturbild her.

105
00:11:56,704 --> 00:12:04,224
 Diese vier Komponenten samt Verbindungsleitung und dem Bussystem ermöglichen es
 tatsächlich

106
00:12:04,224 --> 00:12:06,884
 eine universelle Maschine zu konstruieren.

107
00:12:07,984 --> 00:12:10,464
 Nur macht die noch nichts, sie muss erst mal programmiert werden.

108
00:12:11,244 --> 00:12:17,024
 Es ist die Frage, naja, also wir brauchen genauso wie für eine universelle
 Hardware auch

109
00:12:17,024 --> 00:12:26,624
 ein universelles Verfahren, nachdem diese universelle Hardware die Programme
 abarbeitet.

110
00:12:27,184 --> 00:12:30,604
 Und das muss Programm unabhängig funktionieren.

111
00:12:31,024 --> 00:12:35,364
 Das Abarbeitungsprinzip ist Programm unabhängig. Es wird zwar durch das
 Programm beeinflusst,

112
00:12:35,404 --> 00:12:41,004
 aber das Prinzip der Abarbeitung von Programmen ist natürlich vom Programm
 selbst unabhängig.

113
00:12:42,664 --> 00:12:45,424
 Wie sieht so ein Befehlzyklus dann also aus?

114
00:12:49,064 --> 00:12:50,544
 Einfacher könnte er kaum sein.

115
00:12:51,724 --> 00:12:56,804
 Man holt sich den nächsten Befehl, schaut nach welcher Befehl es denn ist,

116
00:12:56,804 --> 00:12:56,844
 und dann kann man es sich ansehen.

117
00:12:56,844 --> 00:12:56,904
 Und dann kann man es ansehen.

118
00:12:57,024 --> 00:12:57,084
 Und dann kann man es ansehen.

119
00:12:57,120 --> 00:13:05,320
 Führt ihn aus und wiederholt das bis der Strom weg ist. Fertig, das war's. Das
 ist der Befehlszyklus.

120
00:13:06,500 --> 00:13:10,880
 Das heißt, egal was sie programmieren, egal in welcher Programmiersprache,

121
00:13:13,560 --> 00:13:16,520
 es funktioniert immer in diesen drei Schritten.

122
00:13:18,160 --> 00:13:21,400
 Die Hochsprache wird über den Compiler in Assembler-Sprache

123
00:13:22,400 --> 00:13:25,400
 umgewandelt. Nur diese Sprache versteht der Prozessor.

124
00:13:25,904 --> 00:13:33,924
 Und dann wird Schritt für Schritt, Befehl für Befehl, nach genau diesem Schema
 abgearbeitet.

125
00:13:34,204 --> 00:13:38,944
 Wir holen den nächsten Befehl, schauen nach, um welchen Befehl es sich handelt,

126
00:13:39,284 --> 00:13:46,564
 führen die Aktion, die der Befehl verlangt, aus, holen den nächsten Befehl und
 das Ganze geht so lange weiter, bis der Strom weg ist.

127
00:13:51,354 --> 00:13:56,034
 Jetzt ist das noch mal etwas detaillierter aufgeführt.

128
00:13:56,874 --> 00:14:01,754
 Wir fangen an Befehl holen, wird im Englischen als Fetch bezeichnet.

129
00:14:01,954 --> 00:14:08,394
 Dann schauen wir nach welcher Befehl denn vorliegt, Decode und führen den
 Befehl aus

130
00:14:08,394 --> 00:14:09,354
 Execute.

131
00:14:11,074 --> 00:14:14,354
 Jetzt sollen wir ja den nächsten Befehl holen.

132
00:14:14,354 --> 00:14:16,234
 Und da gibt es zwei Befehl.

133
00:14:16,272 --> 00:14:26,612
 Verschiedene Verfahren. Wenn es sich nicht um einen Sprung handelt, dann wird
 der Befehlszähler um eins erhöht. Dieses um eins erhöhen müssen Sie im
 übertragenen Sinne verstehen.

134
00:14:26,692 --> 00:14:41,412
 Was heißt denn jetzt hier um eins? Immer um eine Wortgröße. Befehle haben eine
 gewisse Breite und sie müssen um auf den nächsten Befehl zu kommen, so und so
 viel Bit weiter springen.

135
00:14:41,412 --> 00:14:46,092
 Das ist das um eins erhöht. Das verbirgt sich dahinter.

136
00:14:46,336 --> 00:15:05,996
 Zum nächsten Befehl könnte man auch sagen. Wenn ein Sprung vorliegt, dann
 setzen wir den Befehlszähler nicht auf den nächsten Befehl, sondern auf die
 Adresse des Befehls, wohin gesprungen werden soll.

137
00:15:06,516 --> 00:15:07,816
 Auf die Sprungadresse.

138
00:15:11,506 --> 00:15:18,126
 Das heißt, wir brauchen so ein ganzes zentrales Register, den befehlt Sailor,
 den Instruction Pointer.

139
00:15:22,234 --> 00:15:33,114
 Und da sind wir auf Basis der letzten Fragen, die man sich klar machen muss und
 das sind auch gleichzeitig die Antworten, die man kennen muss, wenn man
 programmiert.

140
00:15:33,234 --> 00:15:43,514
 Das ist im Wesentlichen der zentrale Teil des Programmiermodells, also der
 Dinge, die der Programmierer vom System hardwarenah wissen muss.

141
00:15:45,014 --> 00:15:51,134
 Wo landet der nächste Befehl? Wo steht die Adresse des nächsten Befehls? Und wo
 stehen Statusmeldungen?

142
00:15:52,730 --> 00:16:01,690
 Die Antworten sind eigentlich recht gut zu merken. Wo landet der Befehl? Im
 Befehlsregister.

143
00:16:01,850 --> 00:16:08,870
 Man hat also einen kleinen, sehr schnellen, auf dem Prozessor liegenden
 Speicher vorgesehen.

144
00:16:09,190 --> 00:16:14,730
 Ein Register und das Register, wo der aktuelle Befehl landet,

145
00:16:15,110 --> 00:16:17,290
 damit die ...

146
00:16:17,328 --> 00:16:24,408
 der Prozessor ihn abarbeiten kann, ist das Befehlsregister im englischen IAR
 Instruction Register genannt.

147
00:16:25,168 --> 00:16:31,388
 Okay. Dann brauchen wir ja noch den Folgebefehl bzw. die Adresse des
 Folgebefehls.

148
00:16:31,428 --> 00:16:35,148
 Wo steht denn die? Im Befehls-Zähl-Register.

149
00:16:36,268 --> 00:16:41,108
 Und da gibt es zwei Namen für Instruction Pointer oder Program Counter.

150
00:16:42,714 --> 00:16:51,414
 Und Statusmeldungen, die stehen in den Status- oder Zustandsregistern, oftmals
 auf Flag-Registern genannt.

151
00:16:52,334 --> 00:17:02,154
 Machen sie sich klar, wenn sie je Hardware näher sie programmieren, desto mehr
 Automatismen stehen ihnen nicht zur Verfügung.

152
00:17:03,354 --> 00:17:10,354
 Wenn sie beispielsweise Rechenoperationen durchführen, auf Assembler-Ebene.

153
00:17:12,804 --> 00:17:18,184
 Dann müssen sie als Programmierer sicherstellen, dass da kein Bereichsüberlauf
 stattfindet.

154
00:17:18,384 --> 00:17:28,404
 Sie haben ja zum Beispiel 8 Bit pro Operant und wenn sie dann die addieren,
 könnte ja sein, dass das Ergebnis größer ist, als in 8 Bit reinpassen.

155
00:17:28,724 --> 00:17:36,364
 Sie erreichen einen Überlauf. Das Programm interessiert sich dafür nicht. Das
 müssen sie dann als Programmierer überprüfen.

156
00:17:37,204 --> 00:17:39,544
 Und wo kriegen sie aber die Informationen her?

157
00:17:39,544 --> 00:17:39,584
 Vielen Dank für's Zuschauen.

158
00:17:39,888 --> 00:17:45,168
 Ob ein Überlauf stattgefunden hat oder nicht, dafür sind diese Flag-Register
 vorgesehen.

159
00:17:45,348 --> 00:17:50,228
 Die müssen sie sich also anschauen, welche bietet ihr Prozessor und wie können
 sie die ansprechen?

160
00:17:51,808 --> 00:17:57,968
 Also, der aktuelle Befehl steht im Befehlsregister, die Adresse des
 Folgebefehls im Befehls-Zählregister

161
00:17:57,968 --> 00:18:00,888
 und die Statusmeldung in den Flag-Registern.

162
00:18:03,108 --> 00:18:08,988
 Entsprechend haben sie im Programmiermodell auch diese ganz zentralen

163
00:18:09,024 --> 00:18:20,184
 Register vorrätig. Sie sehen hier in der Abbildung genau das, das
 Befehlsregister, den Befehlszähler und Zustandsregister

164
00:18:21,024 --> 00:18:28,884
 und dann haben sie im Rechenwerk neben der arithmetisch-logischen Einheit, die
 dann die Logikoperation und Rechenoperation tatsächlich durchführt,

165
00:18:28,884 --> 00:18:37,724
 auch Arbeits- und Statusregister. Arbeitsregister dafür, dass sie mal Werte aus
 dem

166
00:18:38,064 --> 00:18:47,364
 Speicher laden können und vorhalten können und Zwischenergebnisse können sie
 dann manchmal auch drin speichern. Statusregister entsprechend, um Status
 abzufragen.

167
00:18:50,504 --> 00:19:03,524
 Wenn sie dann ein Modellsystem hernehmen, was dringend empfohlen werden kann.
 Sie können natürlich auch mit den echten Prozessoren arbeiten, aber da werden
 sie ganz schneller schlagen von der Komplexität, die diese Geräte haben.

168
00:19:03,524 --> 00:19:06,464
 Sie können natürlich beispielsweise den ATmega hernehmen.

169
00:19:06,848 --> 00:19:11,428
 Der auf dem Arduino verbaut ist und den in den Assembler programmieren. Da
 könnt ihr ja machen.

170
00:19:13,008 --> 00:19:15,968
 Nur ist der Prozessor

171
00:19:16,748 --> 00:19:19,668
 sehr mächtig und hat ja den

172
00:19:19,668 --> 00:19:25,188
 den Nachteil, dass man da ganze Zeit unter Wasser ist, bevor man irgendwie
 produktiv sein kann.

173
00:19:26,928 --> 00:19:28,188
 Und ob das fürs

174
00:19:28,188 --> 00:19:34,668
 Lernen so gut ist, sei mal dahingestellt, weil sie sich mit vielen Dingen
 beschäftigen müssen, die sie eigentlich gar nicht

175
00:19:34,668 --> 00:19:35,508
 unbedingt wissen.

176
00:19:36,224 --> 00:19:54,864
 Wollen, wenn sie nicht professioneller Programmierer auf diesem Gebiet werden
 wollen oder müssen, wenn man nur unterrichtet, dann der reichen der
 Grundkenntnisse und die kann man sich am besten anhand von didaktischen
 Werkzeugen, die für diesen Zweck entwickelt wurden, erarbeiten.

177
00:19:54,864 --> 00:20:05,924
 Ein bewährter auch an Schulen bewährter Modellrechner ist der CSI. Und wenn sie
 die gerade reflektierte Theorie.

178
00:20:06,256 --> 00:20:14,076
 Nochmal hier im kleinen Bild anschauen. Dann haben wir ja diese zentralen
 Register.

179
00:20:15,456 --> 00:20:20,556
 Wir wissen das ist Steuerwerk, Rechenwerk als Teil des Prozessors und das
 finden Sie genau hier wieder.

180
00:20:21,696 --> 00:20:29,076
 Der Befehlszähler, den haben Sie hier. Das Befehlsregister haben Sie hier. Dann
 haben Sie hier ein Rechenwerk.

181
00:20:29,216 --> 00:20:32,096
 Was XR und AK ist, das müssen Sie

182
00:20:33,508 --> 00:20:36,828
 vermuten. Das müssen Sie dann natürlich in der Dokumentation des Modellrechners

183
00:20:36,828 --> 00:20:40,608
 nochmal nachschlagen, so wie Sie das bei realen Rechnern auch machen müssen.

184
00:20:42,068 --> 00:20:46,548
 Und dann haben wir hier Arbeitsregister und Statusregister. Die sind hier nicht

185
00:20:46,548 --> 00:20:53,308
 vorgesehen, aber ein großer Hauptspeicher. Und da haben Sie natürlich einen

186
00:20:53,308 --> 00:20:57,348
 gewissen Befehlzeits, den müssen Sie sich auch anlesen. Und hier haben Sie die

187
00:20:57,348 --> 00:21:00,828
 Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu regulieren.

188
00:21:01,072 --> 00:21:14,312
 Sodass Sie tatsächlich dann sehen können, wenn jetzt hier irgendwas passiert,
 wie die Daten über den Bus in die CPU wandern und dann da irgendwas passiert
 und dann wandern die wieder zurück und landen irgendwo im Speicher.

189
00:21:14,712 --> 00:21:20,592
 Das heißt, das, was die Befehle machen, kann man tatsächlich visualisiert
 nachverfolgen.

190
00:21:20,872 --> 00:21:29,132
 Schritt für Schritt da durchgehen. Das ist ja nicht dafür gedacht, dass Sie da
 lange Programme schreiben. Das macht man in Assembler ja sowieso möglichst
 nicht. Dafür gibt es ja Hochsprachen.

191
00:21:29,600 --> 00:21:34,920
 Aber fürs Lernen, fürs Verständnis ist das äußerst hilfreich.

192
00:21:41,526 --> 00:21:55,046
 Was sind jetzt Assemblerbefehle? Bedenken Sie, Assemblerbefehle sind immer noch
 für Menschen halbwegs lesbar, da steht zumindest "add", wenn sie addieren
 wollen. Das ist aber eine Abkürzung für eine Binärsequenz, die dahinter steht.

193
00:21:56,626 --> 00:22:10,406
 Das ist also schon streng genommen, müssen sie mit Nullen und Einsen
 programmieren, aber die werden 1 zu 1 umgesetzt in entsprechenden Namen,
 halbwegs sprechend zumindest, sodass der Mensch da überhaupt noch irgendwie
 programmieren kann.

194
00:22:10,406 --> 00:22:10,426
 Vielen Dank für's Zuschauen!

195
00:22:10,752 --> 00:22:37,552
 Es gibt nicht die Assembler-Sprache, sondern jede Prozessorfamilie hat eine
 eigene, ist also Prozessorfamilien abhängig und wenn sie da durchgehen, sagen
 wir mal, vielleicht ATMEGA mäßig, wollen sie sich auch auf Assembler-Ebene ein
 bisschen intensiver mit beschäftigen, dann können sie sich oder müssen sie sich
 natürlich den Befehlsumfang erarbeiten und da unterteilt man

196
00:22:38,032 --> 00:22:51,532
 nach Befehlsarten und nach Befehlsumfang. Der Befehlsumfang folgt dem RISC-
 oder KISC-Modell "Reduced" oder "Complex Instruction Set Computer".

197
00:22:51,532 --> 00:22:59,932
 Die Namen sind mehr Schall und Rauch als alles andere, also auch bei "Reduced
 Instruction Set Computer" können sie nicht von 5 Befehlen ausgehen.

198
00:22:59,932 --> 00:23:05,172
 Der ATMEGA beispielsweise, der auf dem Arduino verbaut ist, der folgt ...

199
00:23:05,664 --> 00:23:13,784
 dem RISC-Modell, also dem "Reduced Instruction Set" und hat irgendwie 140 plus
 Befehle.

200
00:23:16,644 --> 00:23:23,404
 Also, das ist mehr historisch verankert und vielleicht hat es tiefere Gründe im

201
00:23:23,404 --> 00:23:34,624
 Prozessordesign, das mag sein, aber für den Anwender, auch für den Assembler-

202
00:23:34,656 --> 00:23:38,416
 irgendwie durchdringen muss. Natürlich lernt man am meisten durchmachen, wie

203
00:23:38,416 --> 00:23:43,416
 immer beim Programmieren, aber da kommen dann die Befehlsartend ins Rennen.

204
00:23:43,756 --> 00:23:47,776
 Es gibt halt, wie sie auch von den Hochsprachen wissen, es gibt Sprungbefehle,

205
00:23:47,916 --> 00:23:52,156
 es gibt logische Befehle, arithmetische Transportbefehle und Prozessor-

206
00:23:52,156 --> 00:23:56,896
 Kontrollbefehle. Ja, was weniger bekannt ist in den Hochsprachen, was sie

207
00:23:56,896 --> 00:24:01,596
 darauf weder achten sollen noch achten müssen, sind halt Transportbefehle

208
00:24:01,596 --> 00:24:03,136
 und Prozessor-Kontrollbefehle.

209
00:24:03,392 --> 00:24:10,752
 Es gibt ja gerade Hochsprachen um die möglichst gänzlich ignorieren zu können.
 Das können sie in der Assembler natürlich nicht.

210
00:24:11,692 --> 00:24:18,492
 Sie müssen da jedes Bit höchst persönlich von A nach B schicken und
 kontrollieren, ob das auch angekommen ist.

211
00:24:21,912 --> 00:24:31,552
 Was man wissen muss und auch bei der Einarbeitung in neue Technologien, dann
 Prozessor-Familien,

212
00:24:31,712 --> 00:24:36,992
 die man immer mal im Hinterkopf behalten muss, sind die verschiedenen
 Adressierungsarten.

213
00:24:38,292 --> 00:24:41,872
 Da haben sie in der Hochsprache so gut wie gar nichts mit zu tun.

214
00:24:43,632 --> 00:24:47,172
 Auf hardware-nahe Arbeit natürlich umso intensiver.

215
00:24:48,052 --> 00:24:50,092
 Welche Adressierungsarten gab es da?

216
00:24:50,632 --> 00:24:53,512
 Noch mal, es ist einmal die unmittelbare Adressierung.

217
00:24:53,632 --> 00:24:57,872
 Das heißt, es gibt die Möglichkeit, die Operanten,

218
00:24:57,872 --> 00:25:00,912
 oder den Operant, je nachdem, den Befehl direkt mitzugeben.

219
00:25:01,120 --> 00:25:14,620
 Ja, wenn Sie eine Konstante haben bei einer Rechenoperation, da brauchen Sie
 gar keinen Speicherzugriff, das ist das springende Punkt, sondern Sie können
 den Wert, den Sie da verarbeiten wollen, einfach an den Befehl anhängen,
 fertig, unmittelbarer Adressierung.

220
00:25:15,360 --> 00:25:19,940
 Zu unterscheiden von der absoluten Adressierung, da gibt es nämlich einen
 Speicherzugriff.

221
00:25:20,240 --> 00:25:30,060
 Sie haben den Befehl und da rangetackert ist die Adresse, die direkte
 Speicheradresse, wo der Operant im Speicher zu finden ist.

222
00:25:30,336 --> 00:25:32,936
 Meistens hexadezimal codiert.

223
00:25:33,596 --> 00:25:37,176
 Absolut, weil sie tatsächlich dahinspringen.

224
00:25:40,016 --> 00:25:44,776
 Nicht absolut, sondern relativ ist die relative Adressierung. Wie funktioniert
 die?

225
00:25:45,456 --> 00:25:47,176
 Die Adresse, die

226
00:25:47,176 --> 00:25:49,516
 an dem Befehl angehangen wird

227
00:25:49,516 --> 00:25:53,576
 oder ist, wird noch um ein Offset

228
00:25:53,576 --> 00:25:55,176
 verändert, um

229
00:25:55,176 --> 00:25:57,396
 tatsächlich an den Operanten

230
00:25:57,396 --> 00:25:59,176
 im Speicher zu kommen.

231
00:25:59,328 --> 00:26:18,608
 Sagen wir mal, die Adresse ist hexadezimal 5, ja und der Offset ist 10, dann
 addieren Sie noch den Offset zu der Adresse und kommen dann bei der
 Speicheradresse sowieso, da finden Sie dann den tatsächlichen Operanten im
 Speicher.

232
00:26:19,188 --> 00:26:21,348
 Relative Adressierungen, sehr häufig.

233
00:26:21,348 --> 00:26:26,288
 Bei der indirekten Adressierung haben Sie praktisch

234
00:26:28,774 --> 00:26:44,294
 Doppelte Indirektheit, denn die Adresse, die sie dem Befehl mitgeben, ist nicht
 die wirkliche Adresse des Operanten, sondern das ist die Adresse im Speicher,
 wo die Adresse gefunden wird, unter dem der Operant zu finden ist.

235
00:26:48,274 --> 00:26:49,474
 Ja, also...

236
00:26:49,504 --> 00:26:56,464
 Wenn jetzt hier zum Beispiel beim Befehl "Adresse 15" steht, dann gucken Sie im
 Speicher an der Stelle 15 nach.

237
00:26:56,524 --> 00:27:02,004
 Was da drin steht, interpretieren Sie als Adresse, sagen wir mal, da steht "45"
 drin

238
00:27:02,004 --> 00:27:07,764
 und dann gucken Sie an der Speicherstelle "45" nach, da steht dann der
 Operanten, wie Sie eigentlich wollen.

239
00:27:10,044 --> 00:27:15,444
 Das sind so gewöhnungsbedürftige Mechanismen,

240
00:27:15,444 --> 00:27:19,284
 die natürlich in der Hochsprache verborgen werden sollen.

241
00:27:19,568 --> 00:27:24,248
 Und auch verborgen werden, die aber letzten Endes auf Maschinen-Ebene genauso
 umgesetzt werden müssen.

242
00:27:24,368 --> 00:27:31,848
 Denn wie sollen sie sonst universelle Programmierbarkeit und die damit
 einhergehende Flexibilität garantieren?

243
00:27:33,448 --> 00:27:39,768
 Ja, das geht nur mit diesen Mechanismen, die natürlich sehr fehleranfällig
 sind.

244
00:27:40,068 --> 00:27:43,168
 Da ist langsames Programmieren dann wieder die schnelle Variante.

245
00:27:43,808 --> 00:27:49,308
 Und die schon auch gewöhnungsbedürftig sind, wenn es ums Anwenden geht.

246
00:27:49,600 --> 00:27:55,600
 Und um die Denkweise, die dahintersteht, da muss man erstmal eine ganze Weile
 sich reindenken.

247
00:27:58,260 --> 00:28:03,780
 Gut, viel Erfolg auf Ihrer Reise in die hardwarenahe Programmierung.