Rechnerarchitektur,
Gesamtheit der Bau- und Funktionsprinzipien eines Computersystems. Hierzu gehören die Festlegung der internen Darstellung von Daten und der hierauf ablaufenden Operationen, der Aufbau der Grundbefehle (Maschinenbefehle), die Struktur von Funktionseinheiten, die Definition von Schnittstellen zwischen den Funktionseinheiten und zu externen Geräten, der Bauplan, nach dem die Einzelteile zu einem Ganzen zusammengeschaltet werden, um vorgegebene Anforderungen zu erfüllen, sowie das Verteilen und Zusammenwirken von Rechnerfunktionen in einem Rechnernetz. In einem erweiterten Verständnis gehören zur Rechnerarchitektur auch solche Merkmale, die sich aus den Anforderungen und Bedingungen für die Nutzung des Rechnersystems ergeben, etwa die Eignung für ein Einsatzgebiet oder für eine Benutzergruppe, auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Verfügbarkeit, die Erweiterbarkeit und die Vernetzungsfähigkeit.
Bau- und Wirkungsweise der meisten Computer beruhen auf der Von-Neumann-Architektur. Sie definiert einen Computer als ein zusammenwirkendes System aus einigen Funktionseinheiten (Prozessor, Speicher, Eingabe- und Ausgabewerk, Peripherie), das Programme in den Arbeitsspeicher lädt und diese Schritt für Schritt abarbeitet, und zwar jeweils ein Datenwort pro Befehl. Alle Funktionseinheiten zusammen bilden ein Universalgerät, das unabhängig von der konkreten Anwendung funktioniert. Die Von-Neumann-Architektur wird mittlerweile um einige Bestandteile erweitert, v. a. um Massenspeicher wie Festplatten sowie um zusätzliche Prozessoren (Doppel- oder Mehrprozessor-Systeme).
Rechnerarchitekturen werden häufig hinsichtlich der Beziehungen zwischen Befehls- und Datenströmen unterschieden. Danach existieren folgende vier Architekturen:
SISD: ein Datenwort pro Befehl; ein üblicher Von-Neumann-Rechner.
SIMD: mehrere Datenwörter pro Befehl; entweder ein Prozessor, der mehrere Register parallel nutzt oder ein älteres Mehrprozessorsystem.
MISD: mehrere Befehle pro Datenwort; wenig gebräuchliches Mehrprozessorsystem.
MIMD: mehrere Befehle pro Datenwort; verbreiteter Typ von Mehrprozessorsystem.
Wenn man nicht nach der Art des Datenflusses geht, kann man Rechnerarchitekturen auch nur danach unterscheiden, ob sie Parallelverarbeitung leisten oder nicht. Parallelverarbeitung bedeutet in diesem Fall, dass mehrere oder sogar sehr vielen Prozessoren gleichzeitig zusammenarbeiten (Multiprozessorsystem).
Wesentlicher Bestandteil der Rechnerarchitektur ist die Prozessorarchitektur; ihr Prinzip (skalar, Pipelining, superskalar) bestimmt nicht nur die Befehlsausführung, sondern auch große Teile von Struktur und Funktionsweise des gesamten Computers.
Die verschiedenen Rechnerarchitekturen können offen oder geschlossen sein. Offene Architekturen lassen sich durch Komponenten wie Steckkarten und durch Peripheriegeräte erweitern. Damit ist auch gemeint, dass Fremdhersteller derartige Zusatz- und Erweiterungsprodukte anbieten können; dazu müssen die wesentlichen Merkmale der Architektur (Kenndaten, Spezifikationen usw.) veröffentlicht sein.
Eine geschlossene Architektur verzichtet entweder völlig auf Erweiterungen oder aber mindestens auf die Veröffentlichung der Kenndaten.
Universal-Lexikon. 2012.