Rechnerarchitekturen

Der zentrale und wichtigste, zumeist auch der teuerste Teil eines Computersystems ist die CPU (central processing unit). Die wichtigsten Komponenten eines PC-Rechners werden in einem separaten Abschnitt behandelt. Moderne externe Bussysteme, die nicht nur in PCs Verwendung finden, werden im Abschnitt über USB und FireWire beschrieben.

Im Bereich der Prozessoren ist zur Zeit der Übergang von 32-Bit- auf 64-Bit- Architekturen ein wichtiges Thema. Bei den meisten RISC-Architekturen, wie z.B. SPARC oder Alpha, ist dieser Schritt bereits vollzogen, bei der Intel IA64-Architektur wurde mit dem Itanium im Sommer 2001 der erste Prozessor dieser Architektur fertiggestellt. Der Nachfolger Itanium II ist seit Ende 2002 verfügbar.

Ein sanfter Übergang von der für PCs wichtigen 32-Bit-Architektur hin zu 64 Bit wurde zunächst von der Firma AMD eingeleitet. Wenig später brachte auch Intel eine auf 64 Bit erweiterte x86-Architektur, die mit AMD weitgehend übereinstimmt, auf den Markt. Während der Entwicklung nannte AMD die Architektur noch x86-64, kurz vor der Markteinführung der Prozessoren änderte AMD allerdings die Bezeichnung in AMD64. Neuerdings wird das Kürzel x64 vor allem von Microsoft für dieses erweiterte Programmiermodell verwendet. Im Gegensatz zum Itanium sind diese x64-Rechner in der Lage, die alten 16- und 32-Bit-Maschinenbefehle ohne Emulation auszuführen.

Im Linux-Bereich steht ein Kernel mit 64-Bit-Unterstützung bereit. Für den Benutzer werden die Performancevorteile der 64-Bit-Architekturen jedoch erst dann richtig zum Tragen kommen, wenn auch genügend Anwendungen mit 64-Bit-Unterstützung verfügbar sind.

Es wäre allerdings ein Fehler zu glauben, dass Prozessoren mit interner 64-Bit-Architektur etwas Neues sind. Die Firma Digital Equipment hat mit dem Alpha-Chip bereits 1992 eine 64-Bit-Architektur auf den Markt gebracht. In der Zwischenzeit wurde Digital von Compaq und Compaq von Hewlett Packard übernommen, sodass die Alpha-Technologie jetzt in Händen von HP ist. Als Betriebssysteme stehen für den Alpha-Chip OpenVMS und Tru64 UNIX zur Verfügung. HP möchte auf längere Sicht auf die Itanium-Architektur von Intel, an deren Entwicklung HP beteiligt war, umsteigen. Damit ist das Ende der Alpha-Architektur ebenso wie HPs eigener PA-RISC-Architektur (mit dem HP-eigenen UNIX HP-UX) abzusehen. Ein Artikel der COMPUTERWOCHE online vom Jänner 2003 gibt über die voraussichtlichen Entwicklungen Auskunft. Dieser Artikel zeigt aber auch recht deutlich, dass es jenseits der Leistungs- und Preisklasse eines PCs noch recht interessante Systeme gibt.

Das jeweils oberste Ende des Leistungsspektrums bleibt den Supercomputern vorbehalten.

Gordon E. Moore Die Entwicklung von Rechnerhardware ist von einer interessanten Gesetzmäßigkeit gekennzeichnet, die von Gordon Moore bereits im Jahr 1965 aufgestellt wurde: Moore behauptete in einer mittlerweile berühmten Veröffentlichung, dass die Anzahl der Transistoren auf einem intergrierten Schaltkreis bis zum Jahr 1975 exponentiell wachsen würde. Seine Prognose traf nicht nur für den Zeitraum von zehn Jahren zu sondern ist bis heute gültig. Seit vielen Jahren wird diese Entwicklung als Moore's Law bezeichnet.

Gordon Moore war übrigens einer der Gründer der Firma Intel im Jahr 1968.

Die folgende Abbildung (entnommen aus http://www.intel.com/technology/mooreslaw/) zeigt die Gültigkeit von Moore's Law anhand der Transistorzahl von Intel-Prozessoren.

Eine Verlangsamung des exponentiellen Wachstums ist immer noch nicht abzusehen.

Andere "Gesetzmäßigkeiten" aus dem Bereich der Computerhardware:

Parkinson's Law of Data

"Data expands to fill the space available for storage."

Der Kauf von mehr Speicher (Memory) fördert die Verwendung von speicherintensiven Techniken. Seit der Mitte der Achtziger-Jahre verdoppelt sich die Speicherverwendung ungefähr alle 18 Monate. Glücklicherweise verdoppelt sich auch die Speicherdichte, die man für das gleiche Geld kaufen kann, etwa alle 18 Monate (siehe Moore's Law). Unglücklicherweise garantieren die Gesetze der Physik, dass sich Letzteres nicht ewig fortsetzen wird.

Gates's Law

"The speed of software halves every 18 months."

Diese oft zitierte Gesetzmäßigkeit bezieht sich in ironischer Weise auf die Tendenz von Software, sich aufzublasen und die Verdopplung der Hardwarekapazitäten (siehe Moore's Law) innerhalb von 18 Monaten aufzufressen. Das Gesetz bezieht sich auf Bill Gates; Microsoft wird weithin als die Stelle angesehen, wo sich Programme am meisten im Lauf der Zeit aufblähen.