Die CPU (Central Processing Unit) ist das Hauptrechenwerk eines Computers und führt Befehle aus. Sie bestimmt maßgeblich die Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit eines Systems.

Harvard-Architektur

Funktionsblöcke

Rechenwerk (ALU - Arithmetical Logical Unit)
- Aufgaben: Führt arithmetische und logische Operationen durch.
Leit- & Steuerwerk (CU - Control Unit)
- Aufgaben: Kontrolliert den Ablauf der Befehle.
Speicherwerk
- Aufgaben: Getrennte Speicher für Daten (Daten-Speicher) und Programme (Programm-Speicher).
Ein-/Ausgabewerk (IO Unit)
- Aufgaben: Zuständig für die Ein- und Ausgabe von Daten und die Interaktion mit dem Benutzer.

Verbindungen

Die Harvard-Architektur verwendet getrennte Verbindungswege (Busse) für Daten und Programme, was zu einer erhöhten Verarbeitungsgeschwindigkeit führen kann.

Vorteile und Nachteile

Vorteile	Nachteile
Höhere Geschwindigkeit	Komplexere Struktur
Weniger Zugriffskonflikte	Höherer Hardwareaufwand
Bessere Sicherheit	Geringere Flexibilität

Anwendungsbereiche

Die Harvard-Architektur findet häufig Anwendung in eingebetteten Systemen und Mikrocontrollern, wo Effizienz und Geschwindigkeit entscheidend sind.

Von-Neumann-Architektur

Funktionsblöcke

Rechenwerk (ALU - Arithmetical Logical Unit)
- Aufgaben: Führt arithmetische und logische Operationen durch.
Leit- & Steuerwerk (CU - Control Unit)
- Aufgaben: Kontrolliert den Ablauf der Befehle.
Speicherwerk (Memory - RAM)
- Aufgaben: Speichert sowohl Daten als auch Programme.
Ein-/Ausgabewerk (IO Unit)
- Aufgaben: Zuständig für die Ein- und Ausgabe von Daten und die Interaktion mit dem Benutzer.

Verbindungen

Kontrollbus / Steuerbus
- Funktion: Übermittelt Steuersignale zwischen den Funktionsblöcken.
Datenbus
- Funktion: Transportiert Daten zwischen den Funktionsblöcken.
Adressbus
- Funktion: Übermittelt die Adressen von Speicherzellen, auf die zugegriffen wird.

Zusammenarbeit bei Lese- und Schreibzugriffen

Bei Lese- und Schreibzugriffen kommuniziert das Steuerwerk mit dem Speicherwerk, um die notwendigen Daten zu erhalten oder zu speichern. Der Adressbus gibt die Speicheradresse an, der Datenbus transportiert die Daten und der Kontrollbus steuert den Ablauf.

CISC

CISC (Complex Instruction Set Computing) ist eine Prozessorarchitektur, die viele komplexe und spezialisierte Befehle direkt in Hardware implementiert. Diese Befehle können in einem einzigen Maschinenbefehl komplexe Operationen ausführen, was zwar die Programmierung vereinfacht, aber zu einer komplexeren und langsameren CPU-Architektur führt.

RISC

RISC (Reduced Instruction Set Computing) verwendet einen minimalen Satz einfacher Befehle, die in genau einem Taktzyklus ausgeführt werden können. Durch diese Vereinfachung wird die CPU schneller und energieeffizienter, auch wenn Programme dadurch mehr einzelne Befehle benötigen.

Bus

Der Bus ist das System zur Datenübertragung innerhalb der CPU und zwischen Komponenten.

Datenbus: Transportiert Daten zwischen CPU, RAM und anderen Komponenten
Adressbus: Bestimmt Speicheradressen für Lese- und Schreibzugriffe
Steuerbus: Überträgt Steuerbefehle zur Synchronisation