Die Rechnerarchitektur beschreibt die interne Organisation eines Computers.
Es gibt zwei verbreitete Architekturen. Beide sind gegen Ende des zweiten Weltkriegs entstanden, als die ersten elektronischen Computer entwickelt worden sind:
- Von Neumann-Architektur
- Harvard-Architeketur
Von Neumann-Architektur
Der Mathematiker John von Neumann hat 1945 eine Modellarchitektur für Computer vorgestellt, welche bis heute als Grundlage für die Entwicklung von Computern dient.
Die Von-Neumann-Architektur hat folgende Eigenschaften:
- Die Maschine ist nicht auf eine bestimmte Aufgabe zugeschnitten.
- Zur Lösung einer Aufgabe dient ein austauschbares Programm.
- Programme und Daten werden im Speicher abgelegt
- Ein Programm besteht aus einer Abfolge von einfachen Befehlen.
- Zu jedem Zeitpunkt wird genau ein Befehl ausgeführt, der genau einen Datenwert ändern kann.
Ein Von-Neumann-Computer besteht aus folgenden Komponenten:
- Rechenwerk
- führt numerische und logische Berechnungen durch.
- Steuerwerk
- steuert die Befehlsverarbeitung im Computer.
- Speicherwerk
- speichert Befehle und Daten.
- Ein- und Ausgabewerk
- dient der Kommunikation mit der Aussenwelt.
Heute sind das Rechenwerk und das Steuerwerk normalerweise im Prozessor (engl. central processing unit, CPU) zusammengefasst. Alle Komponenten sind über ein Bussystem miteinander verbunden.
Weit verbreitet
Die Von-Neumann-Architektur ist heute in den meisten Computern Standard – insbesondere bei Personalcomputern und Servern.
⭐ Harvard-Architektur
Der Name «Harvard-Architektur» hat seinen Ursprung im elektromechanischen Computer Mark I, der in Kooperation zwischen IBM und der Harvard-Universität entwickelt und 1944 in Betrieb genommen wurde.
Im Unterschied zur Von-Neumann-Architektur sind bei der Harvard-Architektur Daten und Befehle getrennt. Dies führt zu zwei Vorteilen:
- Daten können schneller verarbeitet werden. Bei der Von-Neumann-Architektur wird der Bus durch das Laden von Befehlen aus dem Speicher blockiert.
- Programme sind besser vor Manipulationen und Fehlern geschützt.
Als Nachteil ist zu erwähnen, dass im Vergleich zur Von-Neumann-Architektur die Hardwarekosten höher sind.