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+            <toc-element toc-title="Rechnersysteme">
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+
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Writerside/topics/RA/Rechnersysteme_Intro.md

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+# Rechnersysteme Intro
+## Rechnerarchitektur
+![image_495.png](image_495.png)
+- **Interne Funktionsweise**
+  - Architektur eines Rechners
+  - Design von Maschinenbefehlen → ISA
+- **Programmierung in Maschinensprache**
+  - Befehle
+    - arithmetic / logic
+    - Vergleich
+    - Flags
+    - Bedingungen
+    - Sprünge
+    - Speicherzugriff über Adressen
+  - Verwendung eines Compilers
+  - Umsetzung von Hochsprachenkonstrukten in Assembler
+
+## Entwicklung von Mikroprozessoren
+### Einfache In-Order-CPU mit kurzer Pipeline
+![image_496.png](image_496.png)
+- Grundprinzipien:
+  - Minimaler Hardware-Aufwand
+  - Höhere Dichte
+  - Höhere Frequenz
+
+### Out-of-Order superskalare CPU mit vielfältigen Optimierungen
+![image_497.png](image_497.png)
+- Grundprinzipien:
+  - Pipelining (Fließband)
+  - Parallelisierung
+  - Prinzip der Lokalität
+
+### Erhöhung der Performance durch Superskalarität
+![image_498.png](image_498.png)
+
+
+## Speicherhierarchie
+![image_499.png](image_499.png)
+### Prinzip der Lokalität
+#### Temporäre Lokalität
+- Tendenz zur Wiederverwendung zuvor genutzter Datenelemente
+  - bspw. Instruktionen einer Schleife
+
+#### Räumliche Lokalität
+- Tendenz auf Datenelemente zuzugreifen, die in der Nähe von bereits Zugegriffenen liegen
+  - bspw. sequenzielle Instruktionen, Felder
+
+### Cache
+- Pufferspeicher, die Lokalität ausnutzen
+- zeitlich/räumlich lokale Daten werden im SRAM vorgehalten
+
+
+## Performance
+- Zielsetzung
+  - Architekturvergleich von CPU & Speicherarchitektur
+  - Identifikation ovn Einflussfaktoren auf Performance
+
+**IPC = instructions per cycle**
+- Durchsatz
+- Arbeitsmenge pro Zeiteinheit
+
+**CPI = cycles per instructions = 1/IPC**
+- Latenz
+- Zeit pro Befehl
+
+
+CPU-Zeit = Rechenzeit für n Instruktionen (_messbar_)
+
+$t_{cycle} = frac{1}{f}$
+
+$$
+t_{CPU} = n_{instr} * t_{instr}
+= n_{instr} * CPI * t_{cycle}
+= \frac{n_{instr}*t_{cycle}}{IPC}
+$$
+
+$IPC = \frac{n_{instr}}{f*t_{CPU}}$
+
+### Einfluss von Unterbrechungen
+- Idealsituation: $CPI = IPC = 1$
+  - Einzelne Pipeline
+  - Keine Hazards
+  - Speicherzugriff: Hit im 1st Level Cache
+- Tatsächliche Situation
+  - ![image_500.png](image_500.png)
+
+
+### Performance-Vergleich & Speedup
+- Vergleich
+  - $\frac{performance_A}{performance_B}=\frac{t_{cpuA}}{t_{cpu_B}}$
+- Speedup
+  - $\frac{t_{cpuOrig}}{t_{cpuEnhanced}}
+
+#### Speedup durch Multicore
+![image_501.png](image_501.png)
+