Die Rechnerarchitektur beschreibt Aufbau und Abläufe innerhalb eines Computers. Sie setzt sich zusammen aus den Bereichen Befehlssatzarchitektur, Rechnerorganisation und Hardware.
Historisch gesehen bezeichnete man als Rechnerarchitektur denjenigen Teil eines Rechners, der für einen (Maschinensprachen-) Entwickler sichtbar ist und von ihm verwendet werden kann (Gene M Amdahl, 1964). Nach Märtin „bezeichnet man [diesen Teil] heute [auch] als Befehlssatzarchitektur oder ISA (Instruction Set Architecture)“ (Märtin, 2003).
Zusätzlich zur Befehlssatzarchitektur sehen Patterson und Hennessy zwei weitere Teilaspekte, die zur Rechnerarchitektur gehören, die Rechnerorganisation und die Hardware (John L. Hennessy, 2003). Daraus lässt sich der in Abbildung 1 dargestellte Aufbau ableiten.
Abbildung 1 – Komponenten der Rechnerarchitektur
Befehlssatzarchitektur (Instruction Set Architecture): Patterson und Hennessy erläutern den Begriff Befehlssatzarchitektur (Instruction Set Architecture) als Schnittstelle zwischen Software und Hardware und verdeutlichen anhand eines Beispiels: „Dank der Befehlssatzarchitektur können Rechnerarchitekten Funktionen unabhängig von der diese Funktionen ausführenden Hardware betrachten. So können wir beispielsweise über die Funktionen einer Digitaluhr (Zeit messen, Zeit anzeigen, Alarmfunktion aktivieren) unabhängig von der Hardware der Uhr (Quarz, LED-Anzeige, Kunststoffknöpfe) sprechen.“ (David A. Patterson, 2005)
Rechnerorganisation (Microarchitecture): Die (Rechner-)Organisation beschreibt wie die im Rechner enthaltenen Komponenten zusammenhängen bzw. zusammenarbeiten, um die Befehlssatzarchitektur zu implementieren. Die Rechnerorganisation enthält „high-level Aspekte des Computerdesign wie z.B. das Speichersystem, die Struktur des Busses, und das Design der CPU.“ (John L. Hennessy, 2003). So gibt es z.B. mehrere Prozessoren, die die MIPS64 Befehlssatzarchitektur implementieren, jedoch mit völlig unterschiedlicher Cache Organisation arbeiten. Vergleicht man etwa den NEC VR 4122 mit dem NEC VR 5432, so unterstützen beide den gesamten MIPS64 Befehlssatz, jedoch emuliert der VR 4122 den Fließkommateil auf Softwareebene im Gegensatz zum VR5432, der diesen Teil in der Hardware abbildet.
Hardware (System Design): Darüber hinaus gibt es Architekturen, die sowohl die gleichen Befehlssatzarchitekturen unterstützen, als auch eine sehr ähnliche Organisation aufweisen, sich jedoch bei der Verwendung der Hardware stark unterscheiden. So sind „z.B. der Pentium II und der Celeron nahezu identisch, bieten jedoch unterschiedliche Taktraten und unterschiedliche Speichersysteme…“ (John L. Hennessy, 2003)
Literatur
David A. Patterson, J. L. (2005). Rechnerorganisation und -entwurf. München: Elsevier GmbH, S. 20.
Gene M Amdahl, G. A. (April 1964). Architecture of the IBM system/360. IBM Journal of Research and Development, S. 87-101.
John L. Hennessy, D. A. (2003). Computer Architecture – A quantitative approach (3. Ausg.). San Francisco: Elsevier Science (USA), S. 9-10.
Märtin, C. (2003). Einführung in die Rechnerarchitektur. Leipzig: Fachbuchverlag Leipzig, S. 11
Dieser Eintrag ist unter Mitarbeit von Lars Beckmann verfasst worden.
