Rechnerarchitektur

Viele der grundlegenden Ideen die Architektur von Rechnersystemen betreffend haben sich trotz all der Fortschritte im Detail in erstaunenswerter Weise als außerordentlich tragfähig erwiesen. Es ist ein Anliegen dieses Buches, gerade diese grundlegenden Ideen herauszustellen, und nicht so sehr, auf die detaillierte Beschreibung heute verbreiteter Rechnertypen einzugehen. Dennoch werden alle wichtigen Architekturaspekte moderner Rechner und insbesondere der modernen Mikroprozessoren behandelt. Schwerpunkte bilden einerseits die Fließband- und die Superskalartechnik, andererseits Parallelrechner und deren Klassifizierung. Ein weiterer Schwerpunkt ist die modellbasierte Leistungs- und Zuverlässigkeitsbewertung.

1 Rechnerarchitektur und Bewertung.- 1.1 Architektur.- 1.2 Architekturkriterien.- 1.3 Bewertung von Rechnerarchitekturen.- 2 Klassifizierung von Rechnerarchitekturen.- 2.1 SISD-Architekturen.- 2.2 SIMD-Architekturen.- 2.3 MIMD-Architekturen.- 2.4 Weitere Architekturklassen.- 2.5 Spezielle Klassifizierungsschemata.- 3 Architektur und Organisation eines SISD-Rechners.- 3.1 SISD-Rechneraufbau.- 3.2 Instruktionssatz-Architektur.- 3.3 Daten- und Steuerprozessor.- 3.4 Mikroprozessorsysteme.- 3.5 Großrechner.- 4 Unterstützung des Betriebssystems.- 4.1 Ausnahmen.- 4.2 Prozesse.- 4.3 Threads.- 5 Maßnahmen zur Steigerung der Leistung und Verläßlichkeit.- 5.1 Beschleunigung durch Parallelität.- 5.2 Pipelines.- 5.3 Superskalare Prozessoren.- 5.4 Coprozessoren.- 5.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Verläßlichkeit.- Anhang: Zur Spezifikation eines Prozessors.- 6 Speichersysteme.- 6.1 Speicherhierarchie.- 6.2 Assoziativspeicher.- 6.3 Caches.- 6.4 Hauptspeicher.- 6.5 Virtueller Speicher.- 6.6 Sekundärspeicher.- 7 Busse und Ein-/Ausgabesysteme.- 7.1 Busse.- 7.2 Ein-/Ausgabe-Organisation.- 8 Parallelrechner.- 8.1 Parallelrechner-Architekturen.- 8.2 Verbindungsnetzwerke.- 8.3 Parallelrechner und wissenschaftliches Rechnen.- Anhang A: Modellierung und Bewertung.- A1 Leistungs- und Zuverlässigkeitsbewertung.- A1.1 Modellbildung.- A1.2 Leistungsbewertung durch Simulation.- A1.3 Zuverlässigkeitsbewertung fehlertoleranter Architekturen.- A2 Stochastische Modellierung.- A2.1 Leistungsbewertung durch Mittelwertanalyse.- A2.2 Zustandsraummethode.- A2.3 Zuverlässigkeitsbewertung.- A3 Generalisierte Stochastische Petri-Netze.- A3.1 Petri-Netze.- A3.2 Stochastische Petri-Netze.- A3.3 Spezifikation mit Petri-Netzen.- Anhang B: Mikroprogrammierung.- B1 Automaten.- B1.1 Berechnungen.- B1.2Automaten.- B1.3 Steuer- und Datenpfad.- B1.4 Beispiele.- B2 Mikroprogrammierte Systeme.- B2.1 Eine mikroprogrammierte Maschine.- B2.2 Ausbau der mikroprogrammierten Maschine.- B2.3 Mikroprogrammierter Rechner.- B3 Mikroprogrammierung.- B3.1 Der Steuerprozessor.- B3.2 Beispiele für einfache Mikroprogramme.- B4 Eine einfache Assemblersprache.- Literatur.- Verwendete Symbole.- Verzeichnis der Abkürzungen.