Rechnerarchitektur

In dieser Vorlesung erfolgt eine Einführung in das Gebiet der Rechnerarchitektur. Dabei werden besonders die Berwerung der Leistung von Rechnersystemen und die Möglichkeiten der Leistungssteigerung behandelt.

Gliederung:

• Technologische Entwicklung:
  Prozessor- und Speicherentwicklung, Treibende Kräfte der Mikroelektronik, Grenzen der Technologie
• Begriffsbildung:
  Teilbereiche und Ebenen der Rechnerarchitektur, Aufgaben und Ziele der Rechnerarchitektur
• Bewertung der Leistung von Rechnersystemen:
  Definition der Leistung, MIPS, FLOPS, Benchmarks, Amdahlsches Gesetz
• Befehlssätze:
  Adressierung von Operanden, Speicheradressierung, Compileroptimierungen
• RISC und CISC:
  Historische Entwicklung, Unterschiede, Bewertung
• Pipelining und Superskalarität:
  Leistungssteigerung durch Pipelining, Pipelinekonflikte
• Behandlung von Sprüngen:
  Statische und dynamische Sprungvorhersage, Sprungzielvorhersage, Unterprogramme (Call-Return-Stapel)
• Neue Parallelisierungskonzepte:
  Scoreboarding, Register Renaming, Probleme bei Unterbrechungen
• Prinzipien beim Speicherentwurf:
  Lokalität, Speicherhierarchie
• Caches:
  Plazierungsstrategien, Ersetzungsstrategien, Cache-Kohärenzprobleme
• Cache-Konsistenzverfahren für Parallelrechnerarchitekturen:
  Prinzipien, Standard-Protokolle, MESI-Protokoll
• Virtueller Speicher:
  Seiten und Segmente, Adressumsetzpuffer, Virtueller Speicher und Caches
• Beispiele moderner Mikroprozesoren:
  PENTIUMTM-Familie, Sun Sparc, PowerPC

• J.L. Hennessy, D.A. Patterson:
  "Computer Architecture: A Quantitative Approach", Morgan Kaufman (1996)
• D.A. Patterson, J.L. Hennessy:
  "Computer Organisation & Design: The Hardware - Software Interface", Morgan Kaufmann (1994)
• Märtin:
  "Rechnerarchitektur", Hanser Studienbücher der Informatik (1994)
• K. Hwang:
  "Advanced Computer Architecture", McGraw Hill (1993)
• J.M. Feldman:
  "Computer Architecture", McGraw Hill (1994)