vom Maschinencode zur physikalischen Ausführung?
Hallo,
bei der Programmierung wird meist von einer höheren Programmiersprache wie bspw. C durch einen Compiler in Maschinensprache übersetzt. Ich verstehe jedoch nicht wie dieser Maschinencode eine tatsächliche physikalischen Ausführung bewerkstelligt. Wie werden diese verarbeitet?
Danke schonmal im Voraus
8 Antworten
Physikalisch läuft das über Halbleiter. Du kannst Dir das ein bisschen vorstellen wie eine Diode oder noch einfacher: Ein Schalter. Der Schalter ist normalerweise offen, es kann kein Strom durchfließen. Wenn Du nun an einer bestimmten Stelle des Schalters eine Spannung anlegst, kann Strom durchfließen. Diesen Strom kannst Du wieder nehmen, um weitere Schalter zu steuern.
Durch geschicktes zusammenschalten von verschiedenen Schaltern kann man nun logische Funktionen erstellen, auf denen dann wieder arithmetische Operationen aufbauen können etc.
Wenn Du zb wissen willst, ob von zwei Eingangsbits mindestens eines 1 ist, legst Du die beiden Bits an zwei Schalter an, die parallel geschaltet sind. Wird mindestens einer der beiden Schalter geschlossen, kommt am anderen Ende eine Spannung an - so hast Du ein "logisches Oder".
Hallo oelbart,
danke für die Erklärung, damit ist es mir verständlicher. Also übertragen auf bspw. einem Steuergerät in Fahrwerksystemen, funktioniert die Ausführung im Endeffekt durch zusammenschalten von verschiedenen Schaltungen, die durch den vorhandenen Code abgearbeitet wird?
Eine grosse Frage.
Jeder Computer braucht dazu natürlich Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen.
Das sind Schaltkreise, früher aus Relais, später und bis heute aus Transistoren, welche die internen 1/0-Zustände als elektrisches Signal am Eingang abholen oder an den Ausgang führen.
Z.B. mit Tasten bzw. Lampen oder Relais.
Für jeden Verarbeitungsschritt lassen sich spezialisierte Schaltkreise oder Schaltblöcke erfinden, die mit der Zeit standardisiert wurden.
Diese lassen sich mit mehr oder weniger komplexen Blockdiagrammen veranschaulichen. Z.B.
Das ist ein sehr umfangreiches Thema, das hier nicht in ein paar Zeilen erschlagen werden kann...
Ausgeführt wird dein Maschinencode vom Prozessor (der CPU). Ganz, ganz kurz erklärt:
Ein Prozessor besteht aus einem Datenpfad und einem Steuerwerk. Stelle dir den Datenpfad wie ein Netz aus Schienengleisen vor... Es gibt Haltesignale (Register), Schienenteile, auf denen addiert oder multipliziert wird... Dann rollen die Daten weiter zur nächsten Station, evtl. in den Speicher...
Das Steuerwerk interpretiert die Befehle und setzt die Weichen: wenn es binär zum Beispiel eine 1001 sieht, weiß es, dass addiert werden soll... Welche Adressen addiert werden sollen, steht auch noch in dem Befehl, wie: z.B. 1001110111100 => 1001 für addieren, 110 für Adresse von a, 111 für Adresse von b, 100 für Adresse des Ergebnisses.
Das ist nur ein Beispiel, nichts reales...
Eine Ebene Tiefer könntest du auf die Frage kommen, wie addiert, etc... wird. Das lässt sich mit digitaler Logik machen. Und digitale Logik ist am Schluss nichts anderes als ein setzen von Schaltern (Reihenschaltung, Parallelschaltung)
Vielleicht findest du eine einfache, verständliche Beschreibung zu:
(Ein-) Akkumulatormaschine (ist mit so das einfachste)
Vielleicht findest du auch ein Einsteigerbuch zu: "Rechnerarchitektur", etc... ich kenne jetzt leider keines aus dem Stegreif.
Ein Mirkroprozessor ist programmierbar. Nach der Programmierung verhält er sich aber genauso wie eine nicht-programmierbare Schaltung. Man kann auch alles einzeln aus Transistoren oder etwas bequemer „TTL-Bausteinen“ aufbauen (TTL=Transistor-Transistor-Logik).
Transistoren sind einfache elektronische Schalter. Drei Anschlüsse: Ein Eingang, ein Ausgang und der zum Schalten. Damit kann man alles machen. Auch Mikroprozessoren bestehen letztendlich nur aus Transistoren.
Wie ein Transistor physikalisch funktioniert - bisher waren wir nur auf der Ebene von Logik - erklärt die Halbleitertechnik. Aber das muss man nicht wissen. Es reicht aus, dass es in Computern halt kleine Schalter sind.
Es gab mal den Experimentierkasten „Logikus“ (https://de.m.wikipedia.org/wiki/Logikus), der die Grundlagen tatsächlich mit echten Schaltern vermittelt hat.
Das ist durch die Prozessoranfertigung geregelt, dass der Prozessor einen gewissen Befehlssatz annimmt (1:1 Maschinencode) und dann durch elektrotechnische Vorgänge bspweise Register setzt (Register = linear angeordnete Flip Flops).
Wie das exakt funktioniert ist eher eine elektrotechnische Angelegenheit.
vielen Dank für die Antwort Proknoz. Aber wie wird letztlich der Maschinencode so verarbeitet, dass es zu einer tatsächlichen physikalischen Ausführung kommt z.b auf einem Mikrocontroller in Fahrzeugen oder bspw. einer Waschmaschine. Reagieren die einzelnen Transistoren oder Schaltungen auf den jeweiligen Befehlssatz des Prozessor oder wie kann ich mir das vorstellen?
Um das mit der physikalischen Bewegung näher auszuführen, ein kleines Beispiel: angenommen eine Waschmaschine ist darauf programmiert bei einem Waschvorgang "4" einen sanften Waschvorgang zu tätigen. Dann ist dieser Programmcode auf dem in der Waschmaschine enthaltenen Mikrocontroller enthalten und führt dessen Befehl aus. Wie kann die Waschmaschine durch diesen Befehl, nur unter Interpretation der 0 en und 1 en des Maschinencodes, den Vorgang starten? Ebenso bei Maschinen die durch Bedienung einer Taste die darauf programmiert ist die Maschine nach links oder rechts laufen zu lassen. Wodurch wird die Maschine durch den codierten Befehl physisch angetrieben(klar durch Strom aber wie unterscheidet sie die jeweiligen Befehle) . Einfach gesagt: 01 = links 10 = rechts. Worin liegt der Unterschied in der Stromzufuhr, dass die Maschine nach links oder rechts geht?
Was meinst du mit physikalischer Bewegung? Die Elektronenbewegung ? Die basiert eben auf elektrotechnischen Vorgängen - da kann ich nicht soviel zu sagen. Oder meinst du soetwas wie Motoren wo man eine Drehung durch Stromzufuhr erzeugt? Das sind glaube ich elektromechanische Vorgänge (also elektrischer Antrieb um mechanisch etwas zu bewegen). Da kann ich auch nicht viel zu sagen (bin kein ETechniker), aber google einfach mal Elektromechanik dann findest du erklärungen dafür wie das funktioniert