Beiträge zur Mikrocomputertechnik

352 Pages·1986·17.722 MB·German

by  Michael Roth (Hrsg.)

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Beiträge zur
Mikrocomputertechnik
Herausgegeben von Michael Roth
Von der Gemeinde n
Oamennsteit erworben.
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VEB VERLAG TECHNIK BERLIN
Herausgeber:
Prof. Dr. sc. phil. Dr.-Ing. M. Roth
Direktor der Sektion
Technische und Biomedizinische Kybernetik
an der Technischen Hochschule Ilmenau
Leiter des Wissenschaftsbereiches Computertechnik
Beiträge zur Mikrocomputertechnik / hrsg. von Michael Roth.
- 1. Aufl. - Berlin : Verl. Technik, 1986. -
348 S. : 123 Bilder, 35 Taf. -
ISBN 3-341-00150-6
NE: Roth, Michael [Hrsg.]
ISBN 3-341-00150-6
1. Auflage
© VEB Verlag Technik, Berlin, 1986
Lizenz 201.370/196/86
Printed in the German Democratic Republic
Gesamtherstellung: (52) Nationales Druckhaus,
VOB National, Berlin
Lektor: Dipl.-Ing. Ernst-0. Schönemann
Einbandgestaltung: Rainer Klaunick
LSV 3055 + VT 3/5901-1
Bestellnummer: 553 672 2
04000
Vorwort

Die Mikrocomputertechnik ist zu einem festen Bestandteil aller Gebiete
der Technik geworden. Durch sie erlangt die Informationstechnik, ins-
besondere die technische Informatik, in mannigfaltigsten Formen eine
gesamtgesellschaftliche Bedeutung. Auf der Grundlage von Mikro- und
Optoelektronik als technische und technologische Basis entstehen uni-
verselle und problemspezifische Mikroprozessorsysteme (Mikroprozesso-
ren und ihre Schaltkreisfamilien), durch deren Leistungsvermögen die
Grenzen zwischen Mikrorechnern, Minirechnern, Groß- und Superrechnern
immer mehr aufgebrochen werden. Betriebssysteme und Programmiersprachen
unterscheiden sich sehr wohl quantitativ, aber sie sind qualitativ zu-
einandergerückt. Die Kopplung von Computern unterschiedlichster Lei- _
stungsklassen zu Objektnetzen, lokalen Netzen bis zu Weltnetzen zwingt
zur Kompatibilität der Technik und zur Portabilität der Programme. Ein
stabiler stationärer Zustand ist jedoch auch in den nächsten Jahrzehn-
ten noch nicht zu erreichen und auch nicht zu erwarten. Dafür befindet
sich die Informatik als „Wissenschaft der Informations- und Wissens-
verarbeitungsprozesse auf der Grundlage programmierbarer Automaten"
selbst noch zu sehr in den Anfängen. Erst mit der 5. Rechnergeneration,
der 0. Generation wissensverarbeitender, d.h. intelligenter Automaten;
erlangt die Informatik ihr perspektivisch orientiertes Niveau.
Computer mit 8-, 16- und 32-Bit-Datenwortbreite auf der Grundlage
von Mikroprozessoren mit Dialog- und Echtzeitbetriebssystemen sowie
problemorientierten höheren algorithmischen Programmiersprachen prägen
gegenwärtig die 3. und 4. Rechnergeneration. Sie dominieren in der
breitenwirksamen Mikrorechentechnik der Gegenwart und des nächsten
Jahrzehnts eindeutig. Die Beschäftigung mit der Computertechnik erfor-
dert den arbeitsteiligen Erwerb von Kenntnissen sowohl der Hardware
(Mikroelektronik, Mikroprozessortechnik, Multiprozessorsysteme, Rech-
nernetze) einerseits als auch der Software (Betriebssysteme, Program-
miersprachen, Programmiertechnologien) andererseits.
Zum effektiven und sicheren Gebrauch dieser Technik ist der Einsatz
von Entwicklungssystemen (Emulation, Simulation) und Entwicklungsbe-
triebssystemen mit den verschiedensten Software-Werkzeugen erforder-
lich. Sie erst bieten die Gewähr für eine hohe Arbeitsproduktivität
beim rechnergestützten Rechnerentwurf als Einheit von Hard- und Soft-
ware (eingebettete Rechner) und ebenso beim Programmentwurf für die
Lösung unterschiedlichster Anwenderprobleme auf dem Rechner. So wie
sich das qualitative Niveau der Informatik im Übergang von der syntak-
tischen zur semantischen Informationsverarbeitung noch am Anfang der
Entwicklung befindet, so kann Gleiches vom Niveau der Mikroelektronik
selbst gesagt werden. Das betrifft nicht nur die Fertigungstechnologien
bei der Entstehung von vollautomatisierten Produktionsstätten, sondern
3
vor allem den rechnergestützten Schaltkreisentwurf selbst. Schaltkreis-
Entwurfsarbeitsplätze bieten für die differenzierte, problemorientierte
und problemgebundene Nutzung der Mikroelektronik bedeutende Möglich-
keiten. Über diesen Weg ist die effektive Produktion von Anwenderpro-
grammen als „Programme in Silizium" bei hoher Arbeitsproduktivität im
Entwurfs- und Fertigungsprozeß möglich.
Die weitere Zunahme des Schaltkreis-Integrationsgrades in den näch-
sten zwei Jahrzehnten ermöglicht die Übernahme von Programmen aus der
Software-Ebene in die Firmware-Ebene. Damit wird eine bedeutende Zu-
nahme des Architekturniveaus von Mikroprozessoren bis zu ihrer unmit-
telbaren Hochsprachfähigkeit - einschließlich komfortabler Betriebs-
systeme — im integrierten Schaltkreis realisiert.
Der wachsende Integrationsgrad von „Schaltungen und Programmen" als
Verband in integrierten Schaltkreisen fördert die Suche nach neuen,
verbesserten und alternativen Mikroprozessor- und Rechnerarchitekturen
gegenüber der gegenwärtig immer noch dominierenden John-von-Neumann-
Architektur (Steuerflußmaschine). So wird die Diskussion der Architek-
turen eine Aufgabe für Informatiker, Computertechniker und Mikroelek-
troniker wie auch für Mikroprozessor- und Computeranwender unterschied-
lichster Bereiche der Gesellschaft.
Zu den stärksten und zugleich interessantesten Triebkräften für die
Weiterentwicklung der Computertechnik in der Gegenwart zählt die Her-
ausbildung von Beratungs- und Expertensystemen. Sie bringen in Verbin-
dung mit den arbeitsplatzgebundenen, nutzernahen Personalcomputern
(Bürocomputern) auf 16- und 32-Bit-Prozessor-Basis in den nächsten
Jahrzehnten eine entscheidende qualitative Weiterentwicklung. Durch
die Nutzung logischer Programmiersprachen und von Verfahren des logi-
schen Schließens (Inferenzprinzipien) bei immer stärkerer Umsetzung
von Efkenntnissen aus der Forschung zur künstlichen Intelligenz bieten
sie tendenziell das qualitative Niveau der Wissensverarbeitung.
Aus der zu erwartenden großen Einsatzbreite und den bedeutenden Ef-
fekten von Expertensystemen entspringt zugleich eine wesentliche Trieb-
kraft für die Forschungsarbeit zur 5. Rechnergeneration selbst. Da die
wenigsten Aufgaben in der geistigen Tätigkeit des Menschen „Rechenauf-
gaben" sind, sondern verschiedenartigste formale und kreative Denkpro-:
zesse mit wiederum sehr unterschiedlichen Handlungsprozessen, löst sich
der klassische Begriff „Rechner" (Computer) im allgemeinen Begriff in-
telligenter Automat auf - ohne daß der Name Rechner (Computer) sich mit
ändern müßte.
Die Suche nach intelligenten Automaten ist sowohl mit der Frage ver-
bunden „Wie arbeitet das Gehirn?" als auch „Wie arbeitet die Gesell-
schaft?". So eng diese Fragen verbunden sind, so sind sie jedoch auch
qualitativ unterschiedliche Kategorien — einerseits der biologischen,
andererseits der gesellschaftlichen Bewegungsform der Materie. Von ent-
scheidender Bedeutung für die forcierte Entwicklung der Produktivkräfte
unserer Gesellschaft ist das umfassende Eindringen der Computertechnik
in praktisch alle relevanten fertigungs- und verfahrenstechnischen
(technologischen) und organisatorischen Prozesse. Rechnergestützter
Entwurf und rechnergestützte Konstruktion (CAD) stehen mit rechnerge-
stützter Fertigungsorganisation und -steuerung (CAM) in immer stärkerem
Zusammenhang. Vereinheitlichung in der Computer-Systemtechnik mit maxi-
maler Kompatibilität und Portabilität schließt jedoch zunehmende Diffe-
renziertheit nicht aus. So entstehen Fachsprachen unter Verwendung
höherer Träger- und Entwicklungssprachen. Ihre Lauffähigkeit ist sowohl
auf Entwurfsrechnern (Entwicklungsrechnern) als auch auf Arbeitsrech-
nern (Steuerrechnern) gewährleistet.
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Ein wesentlicher Aspekt der Rechnerintegration ist die Koppelbarkeit
mit den Prozessen. Daraus folgt die große Bedeutung von Interface-
Systemen (analog und digital) mit unterschiedlichsten technischen Para-
metern.
Die vorliegenden Beiträge sollen zu Fragen dieser Breite aktuelle
Ergebnisse von Forschung, Entwicklung, Produktion und Prognose ver-
mitteln und damit einen angemessenen Beitrag zur besseren Nutzung von
Mikroelektronik, Mikroprozessortechnik, Computertechnik und techni-
scher Informatik leisten.
Die Fortschritte in der Computertechnik sind für alle Gebiete der
Informationstechnik, d.h. für Mikroelektronik, Nachrichtentechnik, Meß-
technik, Automatisierungstechnik, Biomedizintechnik und elektronische
Gerätetechnik, von prinzipieller Bedeutung.
Die folgenden Beiträge basieren in der Hauptsache auf Vorträgen, die
auf der 3. Jahrestagung „Mikroprozessortechnik '85" der Wissenschaft-
lichen Sektion „Computer- und Mikroprozessortechnik" des Fachverbandes
Elektrotechnik der Kammer der Technik im Dezember 1985 in Dresden ge-
halten wurden.
Den Autoren danke ich herzlich für die schnelle und gute Erarbeitung
der Beiträge.
Besonderer Dank gilt dem VEB Verlag Technik und dem Lektor Herrn
Dipl.-Ing. Schönemann für die vielfältige Mühe bei der Realisierung des
Buchprojektes sowie allen Mitarbeitern des Verlages und der Druckerei
für die schnelle Fertigstellung und Auslieferung des Buches.
M. Roth
Inhaltsverzeichnis

Walter Cimander
Stand, Tendenzen und Wirkungen der Mikroelektronik ........ 4
Dietrich Eckhardt
Entwicklungstendenzen beim Schaltkreisentwurf für die
5. Computergeneration „2ec22c20.. Keuesererenenn Kerneerennne 20
Albert Jugel
Künstliche Intelligenz und Computergenerationen der Zukunft 43
Hans-Günter Despang
Einsatzspektren und Anforderungen an moderne Mikrorechen-
technik unter besonderer Berücksichtigung von Mehrmikro-
rechnersystemen ...cseeseneosseernnenneen nnesreennnennnen nne nn 66
Hellfried Böttger
Expertensysteme in der 4. und 5. Rechnergeneration ........ 71
Peter Neubert
Aus- und Weiterbildung zur Computertechnik im Elektro-
ingenieurwesen ....creesenseeneeeeenenne Krennsereenenene ... 92
Michael Roth
Erkenntnistheoretische und pragmatische Aspekte des „Soft-
warepatentes" ...oocuonseossoeenener ernennen erreneenennn. 97
Dietmar Reinert
Methodische Grundsätze beim Entwurf von Kundenwunsch-
schaltkreisen ..... Kerereernnne errererenene eererrererenenn. 102
Jürgen Fraikin/Jens Knobloch
Entwurfsverfahren für höchstintegrierte Schaltkreise ...... 113
10 Wolfgang Fengler/Michael Roth/Ilka Philippow
Universelle Mikrorechner-Entwicklungssysteme ...sec..econ.. 127
11 Gerhard Entreß
Architekturbetrachtungen zur Computertechnik ...ceesesc 0. .. 137
12 Dieter Jungmann
Architektur und Implementierung von 32-Bit-Mikroprozessoren 148
13 Dieter Hammer
Basisarchitekturen von Rechnersystemen für Automatisie-
rungsanlagen, Arbeitsplätze und Kommunikationseinrich-
tungen „ooecesosnreneneenn neunnn e e .reernnernenene Serrnenene 158
14 Wolfgang Meiling/Reiner Krause
Multimasterfähige serielle Busse zur Kopplung vv on Moduln
und Geräten ....sceseeseeeenneennnunn Deresrseunnnennnnnnne 168
15 Manfred Seifart
Analogwerterfassungseinheiten für Mikrorechner ...... ren. 181
16 Reinhold Schönefeld/Günter Springer/Thomas Hagen
MUTOS 1630 -— ein Betriebssystem hoher Teistungsfähigkeit
für Mikrorechner ....... .ronerernen Deren unnnne 000 .. 198
17 Klaus Bernstein
Stand und Entwicklungstendenzen von Betriebssystemen bei
Bürocomputersystemen ......ccecn0000n onsennunnnne ernennen. 219
18
Kurt Stegemann
Höhere Programmiersprachen für Mikrorechner ......... uoor.. 229
19 Gernot Meyer/Stephan Fensch/Werner Kunke/Stefan Karkev/
Jürgen Lange
Softwareentwurfsmethoden in der Steuerungstechnik ......... 237
20 Klaus Fahr
Der Personaleomputer ROBOTRON 1715 ....oeceorereonee serenn. 267
21 Siegfried Junge/Dietmar Keller
Das Mikrorechnermodulsystem 16 und sein Einsatz im Arbeits-
platzcomputer ROBOTRON A 7100 ..zureerer Leuernnnnne euere. 273
22
Dieter Brose
Mikrocomputer und Logikanalysatoren der Gerätefamilie MC 80 277
23 Günter Sedlacek
Ein verbessertes 8-Bit-Mikrorechnersystem ..... onen eee 289
24
Bernd-Georg Münzer
Applikative Erfahrungen mit 16-Bit-Mikrorechentechnik und
Mehrrechnerstrukturen in Laborpraktika ........ ernnesenene 300
25
Klaus Weniger
Gestaltung von Gerätekonzeptionen im Gerätebau mit Mehr-
prozessorsystemen als Objektnetz ...... erenernnnne serrene. 309
26 Thomas Horn
Struktur und Funktionsweise von Klein- und Mikrorechnern
auf der Basis der VAX-Architektur .....c..0000. enserneennene 318
27
Jürgen Zaremba
Lokales Rechnernetz LANCELOT 1 .......... nonenenne ssereere 338