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 ELEKTRONIK |
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Innovative Rechnerarchitekturen
Erhöhung der Leistungsfähigkeit des v. Neumann-Rechners
- Verlagerung der Prozessorfunktionen bei der Ein-/Ausgabe auf das E/A-Werk ("intelligente" Schnittstellen, E/A-Prozessoren, Vor-Rechner, Front-End-Rechner). Dies vor allem bei Großrechnern, aber auch immer häufiger bei Minis und Mikros!
- Weiterentwicklung des Architekturprinzips durch Steuerung der einzelnen Funktionseinheiten über eigene Prozessoren, wodurch eine teilweise Parallelarbeit möglich wird.
- Bearbeiten einzelner, spezieller Befehle durch Spezialprozessoren, die abwechselnd mit der "normalen" CPU arbeiten (z. B. Arithmetik-Koprozessor).
Vermeiden oder Mildern des v. Neumann-Flaschenhalses - Neue Rechnerarchitekturen durchbrechen den streng sequentiellen Ablauf des v. Neumann-Rechners durch Parallelisierung verschiedener Abläufe im Computer.
- Feldrechner bestehen aus mehreren parallelen Rechenwerken, mit gemeinsamen Steuerwerk. So kann die gleiche Operation auf vielen verschiedenen Datenwerten (Feldern) gleichzeitig ausgeführt werden.
 SIMD (single instr., multiple data) Asynchrone Trennung von Befehlshol- und -ausführungsphase Warteschlange - Pipeline-Rechner: Entweder mehrere hintereinandergeschaltete Rechenwerke, die verschieden Aufgaben erfüllen, aber
gemeinsam gesteuert werden oder Aufbau eines Prozessors mit
hintereinandergeschalteten spezialisierten Teilelementen.
Die einzelnem Befehle werden in Teilaufgaben zerlegt, die nach
einander von den hintereinandergeschalteten Teilelementen
bearbeitet werden.
Die nächste Operation kann bereits begonnen werden, wenn
die vorhergehende in die nächste "Station" gelangt ist.
gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Befehle (schematisch dargestellt)
Zur selben Zeit führt jedes Verarbeitungselement
verschiedene Operationen auf unterschiedlichen Daten durch.
überlappende Befehlszyklen
MIMD (multiple instr., multiple data)
- Vektorrechner: Kombination mehrerer Pipelines
- Multiprozessorsysteme: Koppelung mehrerer Prozessoren, die auf
den gleichen Speicher (bzw. Speicherbereich) zugreifen und
weitgehend unabhängig voneinander arbeiten. Jede CPU kann ein
eigenes Programm bearbeiten MIMD.
- Polyprozessorsysteme: Multiprozessorsystem mit verteilter
Kontrolle, bei dem die einzelnen CPUs autonom arbeiten, aber
miteinander kommunizieren und kooperieren MIMD.
Meist besitzt jeder Prozessor einen eigenen Speicher, z.B.
Transputer. Fehlertolerante Mehrrechnersysteme eng/lose gekoppelt
(z. B. in der Raumfahrt).
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