Prozessorgrundlagen: Von-Neumann-Architektur, Teil 2
Aufgaben des Leitwerks
Das Leit- oder Steuerwerk des Von-Neumann-Prozessors ist sowohl in älteren als auch aktuell in einfacheren Architekturen als zentraler Automat ausgeführt. Hierin werden folgende Aufgaben erfüllt:
Die Steuerung des Instruction Fetch, das heißt des Zugriffs auf den nächsten, auszuführenden Befehl.
Die Berechnung der nächsten Fetch-Adresse: Im Normalfall eines Befehls, der nicht in den Kontrollfluss eingreift, ist dies das im Adressraum an der nächsten Adresse liegende Kommando. Im Spezialfall der Kontrollflussbefehle (Sprünge, Verzweigungen) bestimmen diese die nächste Programmadresse, die im Allgemeinen außerhalb der Sequenz liegt.
Beide Aufgaben ergeben die Ablaufsteuerung eines Programms.
Die Steuerung der Befehlsbearbeitung der jeweiligen Instruktion im Prozessor: Hierzu zählen die Dekodierung des Befehls, die Anforderung der notwendigen Operanden (Daten), die Ansteuerung des Rechenwerks mit den entsprechenden Informationen zur Operation, die Ergebnisspeicherung sowie gegebenenfalls die Behandlung von Ausnahmen.
Diese Aufgaben lassen sich sehr gut zentralisieren, sofern die Kommunikationslängen im Prozessor eine untergeordnete Rolle spielen. Ein Vorteil der zentralen Lösung ist auch, dass jederzeit Rückmeldungen aus den einzelnen Teilen berücksichtigt werden können. Das Grundmodell des Von-Neumann-Rechners geht davon aus, dass alle Teilaktionen für einen Befehl ausgeführt sind, bevor der nächste beginnt.
Mit Einführung des Phasen-Pipelinings ergibt sich eine verteilte Ausführung der Befehle und so auch eine verteilte Struktur des Leitwerks. Dies ist bei modernen Architekturen auch deshalb notwendig, weil die Signalübermittlung im Prozessor bei großen Entfernungen einen wesentlichen Teil der Verzögerung ausmacht.