Architektur moderner Mikroprozessoren


Die Entwicklungen auf dem Gebiet der Mikroprozessoren und Rechnersysteme weisen bereits seit erheblicher Zeit eine sehr hohe Entwicklungsgeschwindigkeit auf. Da sich jedoch die Anforderungen an diese Systeme parallel zu diesen Fortschritten entwickeln, zeichnet sich auch für die Zukunft ein immer höherer Bedarf an Rechenleistung ab. Da sich die Einsatzgebiete von Mikroprozessoren stark erweitert haben, werden neben hoher Rechenleistung zusätzliche Anforderungen an die Prozessoren gestellt. Hierbei treten insbesondere ein niedriger Energieverbrauch für mobile Systeme und ein extrem günstiges Preis-Leistungsverhältnis in den Vordergrund. Der Preis von Prozessoren wird dabei immer stärker von den Entwicklungskosten bestimmt.

In diesem Zusammenhang sind Architekturkonzepte, die bereits seit langer Zeit diskutiert wurden, im kommerziellen Maßstab umgesetzt worden. Hierbei kommen im wesentlichen VLIW-, SIMD- und Multiprozessoransätze zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch einfache Strukturen aus.

Neben diesen Ansätzen, die parallel zu den derzeit überwiegend im PC-Bereich eingesetzten Standardprozessoren entwickelt wurden, fanden erhebliche Weiterentwicklungen der Standardprozessoren statt. Auch wenn hier bislang durch die aufrechterhaltene Abwärtskompatibilität Grenzen aufgezeichnet waren, wurden diese Prozessoren beispielsweise mit Multimediaerweiterungen ausgestattet, die den neuen Anwendungsprofilen Rechnung tragen. Diese Entwicklungen setzen sich bis in die aktuellen Versionen der Prozessoren fort.

Parallel dazu werden verschiedene Einsatzgebiete von Neuentwicklungen abgedeckt, die zwar die Befehlssätze der Standardprozessoren abbilden, jedoch durch neue Architekturkonzepte eine erhebliche Einsparung an Leistungsaufnahme erreichen.

Im Seminar sollen die Grundlagen für derartige Architekturkonzepte untersucht werden. Es wurden verschiedene Prozessoren gewählt, die derartige Techniken realisieren. Das Hauptaugenmerk liegt auf Architekturansätzen. Betrachtet werden aber auch Techniken zur Übersetzung und Optimierung von Programmen, die herangezogen werden, um ein Gesamtsystem gemäß den Anforderungen zu erstellen.

Folgende Prozessorarchitekturen sollen im Seminar behandelt werden:

  • Transmeta Crusoe
  • Intel Pentium III
  • Intel Pentium 4
  • AMD Athlon (K7)
  • Intel/HP Itanium (IA-64)
  • SUN MAJC
  • NEC Merlot (MP98)
  • Fujitsu FR500
  • Hitachi SH-5
  • IBM POWER3 und POWER4

  • Vorkenntnisse:

    Das Seminar richtet sich an Studierende der Informatik im Hauptstudium (Diplom oder Lehramt an Gymnasien).

    Spezielle Vorkenntnisse sind nicht erforderlich. Kenntnisse auf den Gebieten Rechnerarchitektur, Computertechnik und Übersetzer verringern den Aufwand für die Einarbeitung.