CPU: Transistoren und Bits

Hallo :)

Ich muss von der Schule aus ein referat über CPUs halten. Und nun stellt sich mir die frage: Haben die Transistoren der CPUs was mit denn Bits zu tun ?!

Weil ich habe gelesen die Transistoren laufen Binär also (1,0 oder an,aus) Nun heißt das ja so viel wie das die Transistoren die Befehlscodes schreibt, und nun kommen die Bit ins spiel da ja scheins die Bit auch Binär laufen und auch die kombinations möglichkeit angeben zum beispiel 32 Bit = 4,3 Milliarden Kombinationen.

Nun hab ich mir darauf gedacht das ja das eigentlich das selbe ist, also jeweils mit den Transistoren und denn Bits.

wenn jemand sich in diesem Gebiet gut auskennt bitte helft mir wäre sehr dankbar :)

2 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

BrilleHN

24.11.2013, 17:05

Wenn es um CPUs geht würde ich mit der "von Neumann-Architektur" beginnen und dann machst Du eine Überleitung zur Taktung und das pro Takt ein Bit verarbeitet werden kann.

Ein Bit ist die kleinste Informationseinheit in einem PC und das man den Zustand eines Bits mit Strom an oder Strom aus darstellen kann.

Am Ende sagst Du dann noch dass eine CPU aus vielen Transistoren besteht welche die binären Berechnungen vornehmen.

Pascal97G

Fragesteller

24.11.2013, 17:11

Neumanns-Architektur und alles hab ich schon. Also das heißt ein Bit ist einfach 32 Bit sind 4,3 milliarden kombinationen und das ist die max. anzahl die in einem Takt verarbeitet werden kann. Und Transistoren schreiben dann jeweils denn code aus 0,1 die dann in der Alu verarbeitet werden wenn ich das richtig verstehe :)

BrilleHN

24.11.2013, 17:53

@Pascal97G

So ungefähr - aber wenn deine Mitschlüler keine Informaktik-Kaufleute sind würde ich es nicht zu kompliziert machen.....

Kevin121193

24.11.2013, 16:58

mir ist deine frage nicht ganz klar und ich glaube du bringst da einiges durcheinander. prinzipiell verlaufen am pc alle operationen über Bits, Bits sind halt 0 oder 1 was kein strom und strom bedeutet.

Pascal97G

Fragesteller

24.11.2013, 17:14

ich bin auch an dieser stelle etwas durcheinander. Das mit dem Bit System ist mir auch klar und das alles mit 0,1 läuft nur ich finde denn zusammen Hang nicht so ganz. Mit denn Transistoren, wenns da überhaupt ein gibt :D

Hi, habe einen 6bit langenen bit, also z. B. 111111 und ich möchte alle Kombinationen von Bits ausgeben, gibts dazu einen kurzen Code?

Also mit Kombinationen meine ich 000000 000001 000010?

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Zusammengefasst:

8 Bits: 256 Möglichkeiten, jedoch wird 1 Bit für + oder - verwendet, deshalb nur 255.

Von -128, bis 127.

-128 ist die kleinste negative Zahl die mit 8 Bit darstellbar ist.

-1 ist die größte negative Zahl die mit 8 Bit darstellbar ist.

1 ist die kleinste positive Zahl die mit 8 Bit darstellbar ist.

127 ist die größte positive Zahl die mit 8 Bit darstellbar ist.

Wenn ich z.B.: 10 im Dezimal System habe und 10 ins Binär System haben will, dann muss ich zuerst 10 in Binär umwandeln -> 1010.

Dann muss ich das 1 Komplement anwenden und alle 0 und 1 inventieren.

Dann kommt das 2 Komplement, mit dem muss ich einfach nur 1 zu 1010 addieren, richtig?

Da würde dann ja 1001 rauskommen, oder?

Wenn dieses Ergebnis falsch ist, kann mir dann jemand erklären was ich falsch gemacht habe, oder wie man es rechnet/einen Rechenweg zeigen?

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Enter first number from 0 to 15: 7
Enter second number from 0 to 15: 12

00111 (x)
+ 01100 (y)
c 11000 (Übertrag)
-------------------
10011 (x + y)

Hinweis: Bei dieser Aufgabe bietet es sich an, mit binären Operatoren zu arbeiten.

Mein Programm dafür war erstmal wie folgt. Dabei Handelt es sich um die Programmiersprache C :

Ich hab es auch schon mit Bitweise Operatoren versucht komme aber nicht weiter.
Mir wurde gesagt, man könne mit >> und << Operatoren diese Aufgabe lösen

#include <stdio.h>

// Funktion zur Ausgabe der Binärdarstellung einer Zahl
void printBinary(int num, int bits) {
    for (int i = bits - 1; i >= 0; i--) {
        printf("%d", (num >> i) & 1);
    }
}

int main() {
    // Benutzereingabe für die beiden 4-Bit-Zahlen
    int a, b;
    printf("\n");
    printf("\n");

    // Eingabe für die erste Zahl
    printf(" Tippe deine erste Zahl zwischen 0 und 15 ein: ");
    scanf("%d", &a);

    // Überprüfung der Gültigkeit der Eingabe
    if (a < 0 || a > 15) {
        printf("Error: Zahl liegt nicht zwischen 0 und 15\n");
        printf("    Programm beendet...\n");
        return 1;  // Programm mit Fehlercode beenden
    }

    // Eingabe für die zweite Zahl
    printf("Tippe deine zweite Zahl zwischen 0 und 15 ein ");
    scanf("%d", &b);

    // Überprüfung der Gültigkeit der Eingabe
    if (b < 0 || b > 15) {
        printf("Error: Zahl liegt nicht zwischen 0 und 15\n");
        printf("    Programm beendet...\n");
        return 1;  // Programm mit Fehlercode beenden
    }
    printf("\n");

    // Berechnung des 4-Bit-Volladdierers
    int summe = a + b;
    int uebertrag = (a & b) << 1;

    // Ausgabe des Ergebnisses im binären Format
    printf("  ");
    printBinary(a, 5);
    printf(" (x)\n");

    printf("+ ");
    printBinary(b, 5);
    printf(" (y)\n");

    printf("U ");
    printBinary(uebertrag, 5);
    printf(" (Uebertrag)\n");

    printf("-------------------\n");

    printf("+ ");
    printBinary(summe, 5);
    printf(" (x + y)\n");

    return 0;  // Programm erfolgreich beenden
 }

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0000 0000 0000 0000 0000 0001 1011 1101 = Zahl in 32bit binär

Even Even Even Even = Parität

Aber es müsste raus kommen in der Parität spalte

Even Even Odd Even

Dies wäre soweit mein Lösungsansatz.

#include <iostream>
#include <cstdlib>
                                                                                                                                                                                                                   
int i;
int a;
int bits[sizeof(int)*8];
unsigned int unum;
int num;
                                                                                                                                                                                                                   
int main (int nargs, char **args) {
        num=atoi(args[1]);                                                                                                                                                                                         
        unum = (unsigned int)num;
                                                                                                                                                                                                                   
        for(int i=0; i<sizeof(int)*8; i++) {
                bits[i]=unum % 2;                                                                                                                                                                                  
                unum /=2;                                                                                                                                                                                          
        }                                                                                                                                                                                                          
        if(bits[1,2,3,4] == bits[5,6,7,8]) {
                std::cout << "Even\n";
                                                                                                                                                                                                                   
        } else {
                std::cout << "Odd\n";
        }                                                                                                                                                                                                          
        if(bits[9,10,11,12] == bits[13,14,15,16]) {
                std::cout << "Even\n";
        } else {
                std::cout << "Odd\n";
        }                                                                                                                                                                                                          
        if(bits[17,18,19,20] == bits [21,22,23,24]) {
                std::cout << "Even\n";
        } else {
                std::cout << "Odd\n";
        }                                                                                                                                                                                                          
        if(bits[25,26,27,28] == bits[29,30,31,32]) {
                std::cout << "Even\n";
        } else {
                std::cout << "Odd\n";
        }                                                                                                                                                                                                          
        return 0;
}

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Können 32-Bit-Computer Zahlen anzeigen, die über 4,3 Milliarden groß sind?

Man hat mir mal früher gesagt, um herauszufinden wie groß eine zahl maximal sein darf damit eine gewisse Anzahl Bits diese noch überwältigen können, muss man nur die anzahl an: "x2" so häufig mit sich selbst multiplizieren, so groß wie die jeweilige Bitzahl ist.

Also um zu wissen wie viel zum Beispiel 8 Bit kann, müsste man nur: 2x2x2x2x2x2x2x2 = 256 aneinander hängen und ausrechnen.

Das heißt, dass die Limitierung von 8 bit bei der zahl "256" liegt und nicht mit größeren zahlen überwältigen kann, als diese "256". Soweit wie ich es damals verstanden habe!

Wenn man aber nun einen 32-Bit-Computer noch hat, was würde passieren wenn man mit zahlen interaggieren würde, die größer sind als: "4.294.967.296"?

z.b. wenn man in einem Computerspiel mehr Spielgeld sammeln würde als "4.294.967.296"?

Oder wenn man z.b. versuchen würde mit einem Taschenrechnerprogramm eine Zahl zu errechnen, die größer als 4.294.967.296?

Was würde dann passieren? Könnten 32-Bit-Computer diese Zahl überhaupt verarbeiten oder würden die abstürzen, crashen oder was würde dann passieren?

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Versteht jemand wie wir diese zwei Binärzahlen, mit 1 Bit Vorzeichen, 3 Bits Exponent und 4 Bits für dei Mantisse(fraction) addiert haben? (In Festkomma)?

Hallo. Ich habe eine Aufgabe, wo wir zwei Binärzahlen addieren, aber ich verstehe die Lösung nicht.

Zuvor, ist es so wir haben Binärzahlen gegeben, im Minifloatformat. Bei uns ist der Minifloat so definiert:

- der erste Bit ist das Vorzeichen ist.

- Dann haben wir noch 3 Bits für den Exponenten ( mit Excess-Konstante 3)

- und 4 Bits für die Fraction (Mantisse).

- Zudem arbeiten mit denormalisierter Darstellung, also dass alle Exponentenbits =0 sind und auch mit normalisierter Darstellung, also alle anderen Fälle, wenn die Exponentenbits nicht alle 0 sind.

Jetzt haben wir die beiden Minifloatzahlen:

- 01010011

- 01100100

Diese sollen wir addieren und dann wieder als Minifloat darstellen. Um die zu addieren, werden die beiden Zahlen in Festkommazahlen umgewandelt.

Laut unterlagen haben die Festkommazahlen, die die Minifloats darrstellen können:

- 5 Vorkommastellen (Mit der Fraction=4 und Exponent=4 (normalisiert) )

- 6 Nachkommastellen (Mit der Länge der Fraction)4 und Exponenten=-2)

So ist die Addition, laut Musterlösung:

1. Umwandlung in Festkommazahl:

0 101 0011 = 1.0011 * 2² = 00100.110000

0 110 0100 = 1.0100 * 2³= 01010.000000

2. Binär Addieren

00100.110000 + 01010.000000= 01110.110000

3. Komma verschieben:

1.1101100000 * 2³ (Was ich hier nicht kapiere, warum verschiebe ich das Komma um 2³ und warum habe ich eine 0 drangehängt, ist das vielleicht ein Tippfehler? Habe hier eien Null mehr als bei 01110.110000)

4. Abschneiden der Nachkommastellen und ggf. Runden

1.1101(100000)*2³

àaufrunden, da erstes abgeschnittene Bit 1

à1.1110*2³

5. Ergebnis: 0 110 1110 (Jetzt hat man hier das Ergebnis irgendwie von der 4, aber verstehe nicht wie)

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