Zusammenfassung
Der Aufbau eines Computers unterliegt bestimmten Prinzipien. Im Laufe der Zeit haben sich diese zu festen Merkmalen verfeinert. Dabei wird von der schaltungstechnischen Implementierung abstrahiert. Die Merkmale der Rechnerarchitektur werden zwar stark von der Schaltungs- und Herstellungstechnik beeinflusst, lassen sich aber auch vollständig ohne Kenntnisse dieser beschreiben. Lediglich die Frage nach dem Warum eines Architekturmerkmals führt zurück zur Schaltungstechnik.
Architektur ist Harmonie und Einklang aller Teile, die so erreicht wird, dass nichts weggenommen, zugefügt oder verändert werden könnte, ohne das Ganze zu zerstören.
Leon Battista Alberti
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Notes
- 1.
In der Elektrotechnik hat sich dafür der Begriff Technologie eingebürgert, weil nicht nur die Struktur des Aufbaus, also die Schaltungstechnik, sondern auch das Wissen um ihre Herstellung notwendig sind, um Elektronik zu bauen. Inzwischen ersetzt aber die Rückübersetzung des englischen „technology“ das Wort Technik im Deutschen. Wir meinen mit Technologie immer, dass sich etwas physisch herstellen lässt, klammern Begriffe wie Softwaretechnologie daher bewusst aus.
- 2.
Im ursprünglichen Sinne der Rechnerarchitektur für eine Familie oder Klasse von Computern mit dem gleichen Befehlssatz.
- 3.
Magnetkernspeicher.
- 4.
Die Zellen der ersten Hauptspeicher waren mit Magnetkernen implementiert.
- 5.
In der Ägyptologie ist die Cachetee von Deir el-Bahari bekannt. Dort wurden umgebettete Mumien schon in der Antike vor Grabräubern versteckt.
- 6.
Sei F eine Konstante und im Chipentwurf skalierbare Größe, dann sind DRAM-Zellen etwa \(6 F^2\) Flächeneinheiten groß, während SRAM-Zellen von \(80 F^2\) bis zu \(160 F^2\) Flächeneinheiten besitzen. Die Zugriffszeit eines gleich großen SRAM kann dann gegenüber einem DRAM um mehr als 10-mal langsamer sein, wenn man die Zeit für den Refresh der Zellen außer Acht lässt.
- 7.
In modernen Mehrkernarchitekturen teilen sich mehrere Kerne den L3-Cache, der dort auf dem Die des Prozessors integriert ist. Der L3-Cache ist daher groß und wird inzwischen als DRAM aufgebaut. Die dazu notwendige Halbleitertechnologie heißt embedded DRAM.
- 8.
Um die Übersicht zu waren, wurden in der Abbildung der Speicherzugriff exemplarisch gewählt und die gleichzeitige Bearbeitung durch andere Ressourcen wie die ALU weggelassen.
- 9.
In Abhängigkeit von unterschiedlichen Datenworten gibt es natürlich mehrere Load- und auch Store-Befehle. Dieser Aspekt soll aber zunächst einmal vernachlässigt werden.
- 10.
Die Präfixnotation beliebiger Ausdrücke geht auf den polnischen Mathematiker Jan Łukasiewicz zurück.
- 11.
Streng genommen müsste es Harvard-Mikroarchitektur heißen. Da sich der Begriff Mikroarchitektur erst Jahrzehnte nach dem Wort Rechnerarchitektur herausbildete, ist diese Ungenauigkeit historisch begründet.
Weiterführende Literatur
Andrew Waterman David A. Petterson. The RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas. Strawberry Canyon, 2017. ISBN: 9780999249116.
Todd Austin Andrew S. Tanenbaum. Rechnerarchitektur: Von der digitalen Logik zum Parallelrechner. Pearson Studium ein Imprint von Pearson Deutschland, Auflage: 6. Edition (3. März 2014). ISBN: 9783868942385.
John L. Hennessy David A. Petterson. Computer Organization and Design MIPS Edition: The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann, Auflage: 5. Edition (10. Oktober 2013). ISBN: 9780124077263.
William Stallings. Computer Organization and Architecture: Designing for Performance. Pearson Education Ltd., Auflage: 10. Edition (10. Oktober 2013). ISBN: 9781292096858.
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Slomka, F., Glaß, M. (2023). Rechnerarchitektur. In: Grundlagen der Rechnerarchitektur. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-36659-9_6
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