## 📘 **Zusammenfassung: V2 Architekturen – Computerarchitektur**

### 🔄 Wiederholung Computergenerationen

- **0. Generation (bis 1945):** Mechanische Rechenmaschinen (Pascal, Leibniz, Babbage, Zuse)
    
- **1. Generation (1945–1955):** Relais & Vakuumröhren – ENIAC, COLOSSUS, MANIAC
    
- **2. Generation (1955–1965):** Transistoren – Minicomputer (PDP), Supercomputer (CDC 6600)
    
- **3. Generation (1965–1980):** Integrierte Schaltungen – IBM System/360, PDP-11
    
- **4. Generation (ab 1980):** VLSI – PCs, x86-Architektur
    
- **5. Generation (heute):** Smartphones, Cloud, Embedded Systems
    

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### 🚀 Moore’s Law (Moor’sches Gesetz)

- **Kerngedanke:** Verdopplung der Anzahl Transistoren pro IC alle 12–24 Monate.
    
- Auswirkungen:
    
    - Kleinere Strukturen → geringere Kosten
        
    - Mehr Komponenten → höhere Leistung
        
    - Geringerer Stromverbrauch
        
- Aber: Miniaturisierung wird zunehmend teurer und schwieriger.
    

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### 📊 Leistungsmessung von Computern

- **System-Benchmarks:** Cinebench, 3DMark, HPC Challenge
    
- **Kennzahlen:**
    
    - Instruktionen/Sekunde (IPS), FLOPS
        
    - Taktzyklen pro Instruktion (CPI), Instruktionen pro Takt (IPC)
        
    - Speicherzugriffszeit, Durchsatz
        
    - Netzwerk- & Grafikleistung (FPS, TPS)
        
- Kritik an MIPS: „Misleading Information to Promote Sales“ – nicht immer aussagekräftig.
    

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### 🤖 Computer als endlicher Automat (Finite State Machine)

- **Zustände:** durch Bitmuster repräsentiert
    
- **Operation:** Boolesche Funktion auf Teilzuständen
    
- Vergleichbare Modelle:
    
    - Schaltnetz (ohne Schleifen)
        
    - Endlicher Automat (deterministisch/nichtdeterministisch)
        
    - Kellerautomat (mit Stack)
        
    - Turingmaschine (unendliches Band)
        

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### 🚌 Speicheranbindung & Endianness

- Speicheradressierung:
    
    - **big-endian:** höchstwertiges Byte an kleinster Adresse
        
    - **little-endian:** niedrigstwertiges Byte zuerst
        
- Bus-System:
    
    - Bus-Takt meist langsamer als CPU-Takt
        
    - Cache als schneller Zwischenspeicher
        

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### ⚙️ Aufbau von Computersystemen

#### Rechenwerk (ALU)

- Operationen: +, −, *, /, logische Operationen
    
- Moderne CPUs: mehrere Register → direkte Register-Register-Operationen
    
- Ältere CPUs: Akkumulator-Register für ALU-Operationen
    

#### Steuerwerk

- Verantwortlich für:
    
    - Ausführung der Befehle
        
    - Datenflusskontrolle
        
    - Ausnahmebehandlung & Interrupts
        

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### 🧵 Befehlssatzarchitekturen (ISA)

#### 1️⃣ Stack-Architektur

- Operanden und Ergebnisse liegen auf Stack.
    
- Vorteile: kompakter Code, minimaler Prozessorzustand
    
- Nachteil: viele Speicherzugriffe
    
- Heute: nur noch in virtuellen Maschinen (JVM, p-Machine)
    

#### 2️⃣ Akkumulator-Architektur

- Ein Register (Akkumulator) für Operanden & Ergebnis
    
- Speicherzugriff für zweiten Operand nötig
    
- Kompakt, aber teuer durch Speicherzugriffe
    

#### 3️⃣ Register-Memory-Architektur

- Mehrere Register, 2. Operand aus Speicher
    
- Zwei-Adress-Befehle
    
- Vorteil: direkt mit Speicher arbeiten
    
- Nachteil: Speicherzugriffe kosten Zeit
    

#### 4️⃣ Register-Register (Load/Store)-Architektur

- Arithmetik nur auf Registern
    
- Speicherzugriff explizit mit Load/Store
    
- Drei-Adress-Befehle
    
- Vorteil: keine unnötigen Speicherzugriffe
    
- Nachteil: mehr Befehle nötig → größerer Code
    
- Typisch für **RISC-Architekturen**
    

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### 🔥 RISC vs CISC

|**Merkmal**|**RISC**|**CISC**|
|---|---|---|
|**Befehlssatz**|Einfach, einheitlich, kurze Befehle|Komplex, unterschiedliche Länge|
|**Hardware**|Einfach, energieeffizient|Komplex oder Mikroprogramme|
|**Codegröße**|Größer|Kompakter|
|**Beispiele**|ARM, MIPS, SPARC, PowerPC|x86 (Intel, AMD), Zilog Z80|
|**Vorteile**|Schneller bei genügend Registern|Speichereffizient|
|**Nachteile**|Mehr Programmspeicher nötig|Langsame komplexe Befehle|

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### 📝 Für die Klausur merken

✅ Unterschiede der Architekturen (Stack, Akkumulator, Register-Memory, Load/Store)  
✅ RISC vs. CISC: Vor- und Nachteile + Beispiele  
✅ Endianness und Bedeutung bei Datentransfer  
✅ Moore’s Law und dessen Grenzen  
✅ Flaschenhals Speicherzugriff: Register > Cache > RAM > SSD > HDD