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## 📘 **Zusammenfassung: V2 Architekturen – Computerarchitektur**
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### 🔄 Wiederholung Computergenerationen
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- **0. Generation (bis 1945):** Mechanische Rechenmaschinen (Pascal, Leibniz, Babbage, Zuse)
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- **1. Generation (1945–1955):** Relais & Vakuumröhren – ENIAC, COLOSSUS, MANIAC
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- **2. Generation (1955–1965):** Transistoren – Minicomputer (PDP), Supercomputer (CDC 6600)
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- **3. Generation (1965–1980):** Integrierte Schaltungen – IBM System/360, PDP-11
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- **4. Generation (ab 1980):** VLSI – PCs, x86-Architektur
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- **5. Generation (heute):** Smartphones, Cloud, Embedded Systems
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### 🚀 Moore’s Law (Moor’sches Gesetz)
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- **Kerngedanke:** Verdopplung der Anzahl Transistoren pro IC alle 12–24 Monate.
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- Auswirkungen:
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- Kleinere Strukturen → geringere Kosten
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- Mehr Komponenten → höhere Leistung
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- Geringerer Stromverbrauch
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- Aber: Miniaturisierung wird zunehmend teurer und schwieriger.
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### 📊 Leistungsmessung von Computern
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- **System-Benchmarks:** Cinebench, 3DMark, HPC Challenge
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- **Kennzahlen:**
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- Instruktionen/Sekunde (IPS), FLOPS
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- Taktzyklen pro Instruktion (CPI), Instruktionen pro Takt (IPC)
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- Speicherzugriffszeit, Durchsatz
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- Netzwerk- & Grafikleistung (FPS, TPS)
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- Kritik an MIPS: „Misleading Information to Promote Sales“ – nicht immer aussagekräftig.
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### 🤖 Computer als endlicher Automat (Finite State Machine)
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- **Zustände:** durch Bitmuster repräsentiert
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- **Operation:** Boolesche Funktion auf Teilzuständen
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- Vergleichbare Modelle:
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- Schaltnetz (ohne Schleifen)
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- Endlicher Automat (deterministisch/nichtdeterministisch)
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- Kellerautomat (mit Stack)
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- Turingmaschine (unendliches Band)
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### 🚌 Speicheranbindung & Endianness
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- Speicheradressierung:
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- **big-endian:** höchstwertiges Byte an kleinster Adresse
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- **little-endian:** niedrigstwertiges Byte zuerst
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- Bus-System:
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- Bus-Takt meist langsamer als CPU-Takt
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- Cache als schneller Zwischenspeicher
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### ⚙️ Aufbau von Computersystemen
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#### Rechenwerk (ALU)
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- Operationen: +, −, *, /, logische Operationen
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- Moderne CPUs: mehrere Register → direkte Register-Register-Operationen
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- Ältere CPUs: Akkumulator-Register für ALU-Operationen
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#### Steuerwerk
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- Verantwortlich für:
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- Ausführung der Befehle
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- Datenflusskontrolle
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- Ausnahmebehandlung & Interrupts
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### 🧵 Befehlssatzarchitekturen (ISA)
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#### 1️⃣ Stack-Architektur
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- Operanden und Ergebnisse liegen auf Stack.
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- Vorteile: kompakter Code, minimaler Prozessorzustand
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- Nachteil: viele Speicherzugriffe
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- Heute: nur noch in virtuellen Maschinen (JVM, p-Machine)
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#### 2️⃣ Akkumulator-Architektur
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- Ein Register (Akkumulator) für Operanden & Ergebnis
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- Speicherzugriff für zweiten Operand nötig
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- Kompakt, aber teuer durch Speicherzugriffe
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#### 3️⃣ Register-Memory-Architektur
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- Mehrere Register, 2. Operand aus Speicher
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- Zwei-Adress-Befehle
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- Vorteil: direkt mit Speicher arbeiten
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- Nachteil: Speicherzugriffe kosten Zeit
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#### 4️⃣ Register-Register (Load/Store)-Architektur
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- Arithmetik nur auf Registern
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- Speicherzugriff explizit mit Load/Store
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- Drei-Adress-Befehle
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- Vorteil: keine unnötigen Speicherzugriffe
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- Nachteil: mehr Befehle nötig → größerer Code
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- Typisch für **RISC-Architekturen**
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### 🔥 RISC vs CISC
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|**Merkmal**|**RISC**|**CISC**|
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|**Befehlssatz**|Einfach, einheitlich, kurze Befehle|Komplex, unterschiedliche Länge|
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|**Hardware**|Einfach, energieeffizient|Komplex oder Mikroprogramme|
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|**Codegröße**|Größer|Kompakter|
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|**Beispiele**|ARM, MIPS, SPARC, PowerPC|x86 (Intel, AMD), Zilog Z80|
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|**Vorteile**|Schneller bei genügend Registern|Speichereffizient|
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|**Nachteile**|Mehr Programmspeicher nötig|Langsame komplexe Befehle|
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### 📝 Für die Klausur merken
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✅ Unterschiede der Architekturen (Stack, Akkumulator, Register-Memory, Load/Store)
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✅ RISC vs. CISC: Vor- und Nachteile + Beispiele
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✅ Endianness und Bedeutung bei Datentransfer
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✅ Moore’s Law und dessen Grenzen
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✅ Flaschenhals Speicherzugriff: Register > Cache > RAM > SSD > HDD
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