1.3 Rechnerarchitektur

In der Rechnerarchitektur geht es darum, wie ein Computer aufgebaut ist. Das grundlegende Verständnis über den Aufbau von Computern hilft aktuelle Entwicklungen von Prozessoren und Speichern nachzuvollziehen und zu bewerten. Das grundlegende Konzept für die Konstruktion aktueller universaler Rechner ist die Von-Neumann-Architektur. Sie wurde bereits 1946 von dem ungarisch-amerikanischen Mathematiker und Informatiker John von Neumann entwickelt und ist bis heute die Grundlage für modernen Computer.

1) Quelle: Opalkurs Inf11 LB1 Technische Informatik - GDP

Historische Situation

In den frühen Tagen der Computerentwicklung waren die Maschinen äußerst spezialisiert. Jeder Computer wurde für einen ganz bestimmten Zweck entworfen und gebaut. Das bedeutet, dass ein solcher Computer nur eine einzige Berechnung oder ein festgelegtes „Programm“ ausführen konnte. Man konnte zwar unterschiedliche Daten in diese Computer eingeben, aber der Rechenprozess blieb immer derselbe. Ein einfaches Beispiel wäre ein Computer, der nur dazu da war, Zahlen zu addieren. Egal, welche Zahlen man eingegeben hat, der Computer konnte nur addieren und nichts anderes. Wollte man eine andere Art von Berechnung durchführen, wie z.B. eine Multiplikation oder das Lösen einer Gleichung, reichte es nicht aus, nur das Programm zu ändern – es war notwendig, einen komplett neuen Computer zu bauen, der speziell für diese Aufgabe konzipiert war. Dieses starre System stellte ein großes Hindernis dar. Der Aufwand, für jede neue Aufgabe eine neue Maschine zu bauen, war enorm. Diese historische Ausgangssituation legte den Grundstein für die Entwicklung universeller Computer, die nicht nur ein Programm, sondern viele verschiedene Programme ausführen konnten. Diese Flexibilität wurde durch die Einführung von speicherprogrammierten Computern, wie sie in der Von-Neumann-Architektur beschrieben sind, möglich. Diese Rechner konnten Programme und Daten im selben Speicher ablegen und dadurch beliebige Programme ausführen, ohne dass neue Hardware erforderlich war.

Die heute wichtigste Rechnerarchitektur ist die Von-Neumannn-Architektur.