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📘 Zusammenfassung: V1 Einführung – Computerarchitektur
🏛️ Was ist Computerarchitektur?
- Definition: Untersuchung, wie alle Teile eines Computersystems entworfen werden müssen, um eine optimale Programmierung zu ermöglichen.
- Enthält: Datentypen, Operationen, Merkmale, Komponenten auf unterschiedlichen Ebenen.
- Begriffspaare:
- Computerarchitektur = was der Programmierer „sieht“ (Befehlssatz, Speicher, IO)
- Computerorganisation = wie es technisch umgesetzt ist (Mikroarchitektur, Logikgatter)
🔄 Wichtige Kundenfragen
- Ist der neue Rechner kompatibel?
- Betriebssystem, Programme, Peripherie => Abwärtskompatibilität
- Unterschiedliche Bedürfnisse von Mensch & Maschine → Abstraktion nötig
🪜 Ebenen der Abstraktion (Virtuelle Maschinen)
- Ebene 0 – Digitale Logik: Gatter, Flipflops
- Ebene 1 – Mikroarchitektur: ALU, Register, Datenpfade
- Ebene 2 – Befehlssatzachritektur (ISA): Maschinensprache
- Ebene 3 – Betriebssystem: Multiprogramming, IO-Abstraktion
- Ebene 4 – Assemblersprache: maschinennahe Programmierung
- Ebene 5 – Problemorientierte Sprachen: unabhängige Algorithmen, Compiler oder Interpreter
📜 Historie der Computer
Nullte Generation (vor 1945)
- Mechanische Rechenmaschinen (Pascal, Leibniz, Babbage)
- Zuse Z3 (1941) – erster programmgesteuerter Computer
Erste Generation (1945–1955)
- Relais, Vakuumröhren
- ENIAC, COLOSSUS, IAS-Maschine
- Einführung der Mikroprogrammierung (Wilkes, 1951)
- Von-Neumann-Architektur:
- Gemeinsamer Speicher für Daten & Programme
- Vorteil: Programme können sich selbst ändern
- Harvard-Architektur:
- Trennung von Daten- & Programmspeicher
- Vorteil: schneller & sicherer
Zweite Generation (1955–1965)
- Transistoren ersetzen Röhren
- Minicomputer (DEC PDP)
Dritte Generation (1965–1980)
- Integrierte Schaltungen
- IBM System/360 → Abwärtskompatibilität
Vierte Generation (ab 1980)
- VLSI (Very Large Scale Integration)
- Personal Computer (IBM PC, Commodore, Apple)
- RISC vs. CISC Architekturen
Fünfte Generation (heute)
- Cloud Computing, Mobile Geräte, Embedded Systems
🚀 Meilensteine
- Intel 4004 (1971): erster Mikroprozessor (4-bit)
- Intel 8080, 8086: Vorläufer moderner x86-Architektur
- Cray-1 (1977): erster Vektorrechner/Supercomputer
- PDP-11 (1970): Unix & Programmiersprache C entstanden darauf
📚 Literatur (Hauptquelle für Klausurvorbereitung)
- Patterson & Hennessy:
- Rechnerorganisation und Rechnerentwurf
- Computer Organization and Design (RISC-V Edition)
🧠 Für die Klausur merken
✅ Unterschiede Von-Neumann vs. Harvard-Architektur
✅ Abstraktionsebenen (0–5) und ihre Funktionen
✅ Historische Entwicklung + wichtige Computer/Prozessoren
✅ Begriffe wie ISA, Mikroarchitektur, VLSI, Abwärtskompatibilität
✅ Beispielfragen: „Warum war der Intel 4004 revolutionär?“ oder „Worin liegt der Vorteil der Harvard-Architektur?“