Rechnerarchitektur

In der Literatur finden wir einige Definitionen zur Rechnerarchitektur, die wir im folgenden chronologisch geordnet anführen (weitere Definitionen bei REDDI, FEUSTEL 1976). Es zeigt sich, daß vor einigen Jahren der Begriff der Rechnerarchitektur weit enger gefaßt wurde, als dies heute der Fall ist. So schreiben AMDAHL, BLAAUW, BROOKS, 1964 in ihrem Buch über das IBM-System /360:

“The term architecture is used here to describe the attributes of a system as seen by the programmer, i.e., the conceptual structure and functional behavior, as distinct from the organization and data flow and control, the logical design and the physical implementation”.

Mit der Existenz von Rechenanlagen als Hilfsmittel für die Lösung algorithmisch faßbarer Probleme ergab sich auch der Wunsch, die Leistungsfähigkeit dieses Hilfsmittels — beispielsweise zu Vergleichszwecken — zu messen. Es zeigte sich jedoch sehr bald, daß wegen der enormen Komplexität von Rechenanlagen diese Leistungsbewertung ein sehr schwieriges Unterfangen darstellt und daß, je nach dem Zweck der Bewertung, unterschiedlichste Ergebnisse zu erwarten sind. Viele Werte sind ferner subjektiv bezüglich der gestellten Anforderungen: Für einen Anfänger ist beispielsweise ein Kommandosystem mit vielen Dialogschritten (promptings) komfortabel, für einen geübten Programmierer wären diese Hilfsmittel eine lästige Zeitverschwendung.

Die Weiterentwicklung der Technologie von Rechnerkomponenten ist eine Aufgabe, die nicht zum Bereich der Rechnerarchitektur zählt, sie wird vielmehr von der Physik, der Elektrotechnik und den Hardware-Spezialisten der Informatik durchgeführt. Dennoch muß der Rechnerarchitekt einen ausreichenden überblick über die zum jeweiligen Zeitpunkt verfügbare Technologie besitzen, um die Möglichkeiten und Randbedingungen technologischer Bestandteile beim Entwurf oder der Modifikation von Rechenanlagen zu berücksichtigen. Letztendlich ist für die Leistungsfähigkeit eines Rechners nicht nur die Organisation der Bauteile ausschlaggebend, sondern auch deren physikalische Eigenschaften.

Die Beschreibung der Struktur von Rechenanlagen sowie deren funktionalem Verhalten machte die Verwendung formaler Hilfsmittel nötig. In diesem Kapitel wird nunmehr eine Einführung in vier dieser Hilfsmittel gegeben. Im ersten Abschnitt wird die Automatentheorie behandelt. In der Rechnerarchitektur werden Automaten als abstrakte Modelle für das funktionale Verhalten von Schaltwerken und für die in diesen Werken zu realisierenden Algorithmen verwendet (vgl. GILOI, LIEBIG, 1973).

Busse sind sozusagen die „Nerven“ einer Rechenanlage, die deren Register, Funktionseinheiten oder Teilsysteme miteinander verbinden und den gegenseitigen Informationsaustausch vermitteln. Die Beschäftigung mit diesem Thema ist für den Rechnerarchitekten eine besondere Notwendigkeit, da die Art der Verbindungen das Verhalten des Gesamtsystems bezüglich Leistung, Zuverlässigkeit und Erweiterbarkeit entscheidend beeinflussen kann. Die durch die Verbilligung der LSI-Komponenten (vgl. technologische Einflüsse, Kapitel 3) bedingte Tendenz zu verteilter Verarbeitung (Multiprozessoren, allgemein: Parallelismus) führt innerhalb des Rechnersystems zu immer höherem Informationsfluß zwischen den einzelnen Teilelementen, was der Wahl der Verbindungsstruktur und Verbindungstechnik einen zentralen Platz innerhalb der Rechnerarchitektur zuweist.