Rechnersysteme (Architektur von Rechnern)

Grundlagen: Rechnen mit elektronischen Bauelementen - Geschichte, Architekturmodelle und Einsatzgebiete elektronischer Rechner;

Prozessorarchitekturen: RISC, CISC, Pipelining, Cache, Busarchitektur;

Einprozessorsysteme: Komponenten, Embedded Controller, Kleinstrechner, PCs, Workstations;

Mehrprozessorsysteme: Ablauf von Prozessen auf der Hardware;

Ausblick: Die nächste Generation von Prozessoren und Rechnern, neue Technologien.

Die Architektur von Rechnersystemen bezieht sich auf die Struktur und Organisation von Hardwarekomponenten und der zugehörigen Software, die für die Verarbeitung von Daten und die Ausführung von Anwendungen in einem Computer oder Computersystem erforderlich sind.

Eine grundlegende Architektur von Rechnern besteht aus folgenden Komponenten:

Prozessor: Der Prozessor (auch als CPU bezeichnet) ist das Gehirn des Rechnersystems, das die Verarbeitung von Daten und die Ausführung von Anwendungen durchführt.
Speicher: Der Speicher ist ein wichtiger Bestandteil des Rechnersystems, der zur Speicherung von Daten und Programmen verwendet wird. Hierbei gibt es verschiedene Arten von Speichern wie RAM, ROM, Cache-Speicher, etc.
Ein- und Ausgabe-Einheiten: Diese Komponenten ermöglichen die Interaktion des Rechnersystems mit der Außenwelt. Sie dienen zum Beispiel zur Eingabe von Daten (z.B. Tastatur) oder zur Ausgabe von Informationen (z.B. Monitor, Drucker).
Bus: Der Bus ist ein Kommunikationsweg, der die Verbindung zwischen verschiedenen Komponenten des Rechnersystems herstellt.

Die Architektur von Rechnersystemen hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, um den Anforderungen der heutigen Anwendungen gerecht zu werden. Es gibt verschiedene Architekturmodelle wie RISC, CISC, Parallel Computing, Cluster-Computing, etc., die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren und für verschiedene Anwendungsfelder geeignet sind.

PROZESSORARCHITEKTUR

Prozessorarchitektur bezieht sich auf die Grundstruktur, auf der ein Computerprozessor basiert. Die Prozessorarchitektur umfasst die Art der Daten, die der Prozessor verarbeiten kann, die Art der Befehle, die er ausführen kann, sowie die interne Organisation und Struktur des Prozessors.

Es gibt verschiedene Arten von Prozessorarchitekturen, die in modernen Computern verwendet werden. Die häufigsten Prozessorarchitekturen sind:

CISC (Complex Instruction Set Computing): CISC-Prozessoren haben eine umfangreiche Befehlssatzarchitektur, die es ihnen ermöglicht, komplexe Aufgaben mit nur einem Befehl auszuführen. Diese Art von Architektur wurde in den frühen 80er Jahren entwickelt und wird immer noch in vielen Geräten verwendet.
RISC (Reduced Instruction Set Computing): RISC-Prozessoren haben eine einfachere Befehlssatzarchitektur als CISC-Prozessoren. Sie haben in der Regel eine höhere Taktrate und können Befehle schneller ausführen, da die Befehle einfacher sind und weniger Schritte benötigen.
VLIW (Very Long Instruction Word): VLIW-Prozessoren sind eine Erweiterung der RISC-Architektur und ermöglichen es, mehrere Befehle gleichzeitig auszuführen, indem sie sie in einem sehr langen Befehl zusammenfassen.
Superskalar: Superskalar-Prozessoren können mehrere Befehle gleichzeitig ausführen, indem sie mehrere funktionale Einheiten in einem einzigen Prozessor haben.
SIMD (Single Instruction, Multiple Data): SIMD-Prozessoren sind spezialisierte Prozessoren, die für die Verarbeitung von Datenströmen optimiert sind. Sie sind in der Lage, mehrere Daten gleichzeitig zu verarbeiten, indem sie dieselbe Instruktion auf mehrere Daten gleichzeitig anwenden.

Die Wahl der Prozessorarchitektur hängt von der Art der Anwendung und den Anforderungen des Benutzers ab. Jede Architektur hat ihre Vor- und Nachteile in Bezug auf Leistung, Energieeffizienz und Kosten. Daher ist es wichtig, die verschiedenen Architekturen zu verstehen, um die beste Wahl für ein bestimmtes Projekt treffen zu können.