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So funktioniert ein Prozessor

Von-Neumann-Rechner

An der Struktur des Von-Neumann-Rechners ändert sich unabhängig von der Aufgabenstellung grundsätzlich nichts. Die Anpassung für jedes zu lösende Problem erfolgt mit im Speicher abgelegten Programmen. Diese Software beinhaltet die Informationen zur Steuerung des Rechners. Bei den Informationen wird auf Prozessorebene zwar zwischen Befehlen und Daten unterschieden, es gibt jedoch nur einen Speicher für beides. Jede Speicherzelle ist mit einer festen Adresse eindeutig identifizierbar.

Der Von-Neumann-Rechner ist eine sequenziell arbeitende Maschine. In ihrer ursprünglichen Form verarbeitet sie mit nur einem Prozessor Schritt für Schritt Befehle und Daten, die aus dem Speicher stammen. Damit ist auch schon der Flaschenhals der Von-Neumann-Architektur beschrieben. Obwohl Befehle und Daten aus dem gleichen Speicher kommen, gibt es nur eine Busverbindung für Beides dorthin.

Im Laufe der Jahre haben die Prozessorhersteller deshalb nach Möglichkeiten gesucht, diesen Engpass zu erweitern. So wurde eine hierarchisch gegliederte Speicherstruktur mit Registern und verschiedenen Cache-Ebenen eingeführt. Die sequenzielle Befehlsausführung wird in der CPU nach Kräften parallelisiert. Dazu stehen mehrere Funktionseinheiten und Ausführungsebenen bereit. Und es sind Befehle hinzugekommen, die pro Ausführungszyklus mehrere Datensätze verarbeiten können (ISSE und 3DNow!).