Rechnerarchitektur

Gordon Moore (Mitgründer von Intel): Die Zahl der Transistoren und die Rechenleistung pro Chip verdoppelt sich etwa alle 18 Monate.
 

Ein Transistor ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement zum Steuern elektrischer Spannung.

Transistoren werden u.a. als Ein/Aus-Schalter in integrierten Schaltkreisen eingesetzt, was die weit verbreitete Mikroelektronik ermöglicht. 

Logikgatter entsprechen der physikalischen Implementierung einer booleschen Verknüpfung 

 Logikgatter können mit Hilfe von Transistoren realisiert werden.

besteht aus Rechen- und Leitwerk

Durch das Zusammenspiel von Rechenwerk und Steuerwerk werden Befehle geholt und ausgeführt. 

Befehlszyklus („fetch, decode, execute“)
 

• Regelt die Befehlsabfolge 
• Interpretation von Maschinenbefehlen und Umsetzung in Steuerkommandos 
• Verschaltet Datenquelle und –senke sowie ALU-Komponente  Beinhaltet u.a. Befehlszähler, Befehlsregister und Befehlsdecoder
   

 Ausführung der Maschinenbefehle / Bearbeitung der Daten 

--> Logische bitweise Operationen, wie z.B. UND-Verknüpfung. 

--> Arithmetische Operationen, wie z.B. Addition und Multiplikation

Beinhaltet u.a. Addierwerk, Gleitkomma-Rechenwerke 

Es besitzt eine feste Verarbeitungsbreite (z.B. bei 64-Bit-Systemen: 64 Bit).
 

Adress-, Steuer- und Datenbus bilden zusammen das Bus-System und ermöglichen die Kommunikation zwischen CPU, Speicher und Ein-/Ausgabewerk

Stellt die Schnittstelle des Rechners nach außen dar. Über diese können Daten und Programme ein- bzw. ausgegeben werden

• Speichert sowohl Programme als auch Daten 
• In handelsüblichen Laptops/Desktops ist das Speicherwerk der RAM 
• Beinhaltet nur flüchtigen Speicher (vgl. Speicherarten am Ende der VL) 
• Permanenter Speicher (z.B. Festplatten) ist über das Ein/Ausgabewerk angebunden 

Universalrechner

Die Struktur des Rechners ist unabhängig von einem speziellen, zu bearbeitenden Problem.

Für jedes Problem wird ein eigenes Programm im Speicher ablegt. 

Unique Speicher 

Programme und von diesen benötigte Daten werden in demselben Speicher abgelegt.

Die Speicherzellen können als Inhalte, Befehle, Daten oder Adressen speichern 

Wichtigkeit der Adressenverwaltung 

Die VN-Architektur benötigt den Transport 

der Daten von permanenten Speichern zum Speicherwerk (RAM) der Befehlsadresse vom Prozessor zum Speicherwerk 

des Befehls vom Speicherwerk zum Prozessor 

der Datenadresse vom Prozessor zum Speicherwerk 

der Daten vom Speicherwerk zum Prozessor 

-> hohe Auslastung der Bus-Systems
 

Permanenz

--> flüchtiger oder permanenter Speicher 

Zugriffsrichtung

--> RAM (random access memory) lesen und schreiben

--> ROM (read only memory) nur lesen 

Zugriffszeit 

Datenrate

--> Anzahl von Werten pro Speicherzugriff

Cache engl.: geheimes Lager, Versteck 

Cache soll Hauptspeicherzugriffe verringern 

Sind gültige Daten im Cache werden diese der CPU übergeben => „Cache Hit“ 

Sind keine gültigen Daten vorhanden => „Cache Miss“, dann muss auf den Hauptspeicher/nächsten Cache zugegriffen werden 

Bei vollem Cache werden alte Einträge überschrieben