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Die '''Prozessorarchitektur''' bezieht sich auf die spezifische Struktur und Organisation eines [[Prozessor]]s, der ein wesentlicher Bestandteil von [[Computer]]n und anderen elektronischen Geräten ist.<ref>{{Literatur |Autor=Steve Furber |Titel=Microprocessors: the engines of the digital age |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences |Band=473 |Nummer=2199 |Datum=2017-03 |Sprache=en |ISSN=1364-5021 |DOI=10.1098/rspa.2016.0893 |PMC=5378251 |PMID=28413353 |Seiten=20160893 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.2016.0893 |Abruf=2026-02-12}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Richard E. Smith |Titel=A Historical Overview of Computer Architecture |Sammelwerk=IEEE Annals of the History of Computing |Band=10 |Nummer=4 |Datum=1988-10 |Sprache=en |ISSN=1058-6180 |DOI=10.1109/MAHC.1988.10039 |Seiten=277–303 |Online=http://ieeexplore.ieee.org/document/4640629/ |Abruf=2026-02-12}}</ref> Sie umfasst eine Vielzahl von Aspekten, darunter die Struktur der Befehlssätze, die [[Pipeline (Prozessor)|Pipelining-Techniken]], die Verwendung von Caches und [[Register (Prozessor)|Registern]], die Anordnung der funktionellen Einheiten sowie die Art und Weise, wie Daten und Anweisungen im Prozessor verarbeitet werden.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/1310171.htm |titel=Prozessor-Architektur |abruf=2024-06-01}}</ref>

Eine ''Prozessorarchitektur'' ist eine '''[[Rechnerarchitektur]]''' oder eine '''[[Mikroarchitektur]]''' und beschreibt einen [[Mikroprozessor]]. Auch viele andere [[Integrierter Schaltkreis|integrierte Schaltungen]] (ICs) besitzen spezialisierte Architekturen, z. B. der [[Grafikprozessor]] (GPU).<ref>{{Literatur |Autor=Jon Peddie |Titel=The Major GPU Eras |Sammelwerk=The History of the GPU - Eras and Environment |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2022 |Sprache=en |ISBN=978-3-031-13580-4 |DOI=10.1007/978-3-031-13581-1_3 |Seiten=63–103 |Online=https://link.springer.com/10.1007/978-3-031-13581-1_3 |Abruf=2026-02-12}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=William J. Dally, Stephen W. Keckler, David B. Kirk |Titel=Evolution of the Graphics Processing Unit (GPU) |Sammelwerk=IEEE Micro |Band=41 |Nummer=6 |Datum=2021-11-01 |Sprache=en |ISSN=0272-1732 |DOI=10.1109/MM.2021.3113475 |Seiten=42–51 |Online=https://ieeexplore.ieee.org/document/9623445/ |Abruf=2026-02-12}}</ref>

== Geschichte ==
{{Siehe auch|Rechnerarchitektur#Geschichte}}
Die Entwicklung von Prozessorarchitekturen geht bis in die [[1940er]] Jahren zurück, als der [[ENIAC]] erfunden wurde. Zunächst ging man von mechanischen Rechenmaschinen zu röhrenbasierten über. In den [[1950er]] Jahren wurden dann die ersten elektronischen Computer entwickelt, die auf der [[Von-Neumann-Architektur]] basierten. Bereits in den [[1960er]]-Jahren waren transistorbasierte Rechnerarchitekturen üblich. [[Richard L. Grimsdale|Dick Grimsdale]] war der Erste, dem es gelang, eine Rechnerarchitektur und Rechenmaschine auf Basis von [[Transistor]]en aufzubauen. Seit den [[1970er]] Jahren wurden verschiedene Architekturen bzw. Konzepte als Teil der [[Electronic Design Automation|Automatisierung der Mikroelektronikentwicklung]] entwickelt, um die steigenden Anforderungen an Leistung, Effizienz und Funktionalität neuer Geräte (Computer) zu erfüllen. Diese Entwicklungen sind eng mit den Entwicklungen der [[Halbleitertechnik|Halbleitertechnologie]], auch bekannt als [[Technologieknoten]], verwandt.

Die grundlegenden Elemente dieser ersten Computer und Architekturen umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher, Ein- und Ausgabeschnittstellen sowie eine Kontrolleinheit zur Steuerung des Ablaufs von Anweisungen.<ref>{{Internetquelle |autor=Rafał Bartoszak |url=https://botland.de/blog/arm-versus-x86-wie-sieht-die-zukunft-aus/ |titel=ARM versus x86 - wie sieht die Zukunft aus? |werk=Botland |datum=2023-08-19 |sprache=de-DE |abruf=2024-06-02}}</ref> Diese Komponenten sind heute durch die [[Mikroprozessor|CPU]], RAM, verschiedene Speicher ([[Random-Access Memory|RAM]], [[Festwertspeicher|ROM]], [[Flash-Speicher|Flash]], [[Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory|EEPROM]]) usw. realisiert. Zu den gängigen Prozessorarchitekturen gehören die [[Complex Instruction Set Computer]] (CISC)-Architektur, die [[Reduced Instruction Set Computer]] (RISC)-Architektur und die [[x86-Architektur]] (mit CISC-Befehlssatz), die in den meisten [[Desktop-Computer|Desktop-]] und [[Notebook|Laptop]]-Computern verwendet wird.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bernd-leitenberger.de/rechnerarchitekturen.shtml |titel=Die Entwicklung von Rechnerarchitekturen |abruf=2024-06-02}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.bernd-leitenberger.de/cisc-risc.shtml |titel=CISC und RISC - Die Gegensätze der Rechnerarchitekturen. |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Richard E. Smith |Titel=A Historical Overview of Computer Architecture |Sammelwerk=IEEE Annals of the History of Computing |Band=10 |Nummer=4 |Datum=1988-10 |Sprache=en |ISSN=1058-6180 |DOI=10.1109/MAHC.1988.10039 |Seiten=277–303 |Online=http://ieeexplore.ieee.org/document/4640629/ |Abruf=2026-02-12}}</ref> Parallel dazu haben [[Mikrocontroller]] eine rasante Entwicklung erfahren.

Die effiziente RISC-Architektur dominiert seit den [[2010er]] Jahren hingegen mobile Endgeräte ([[Smartphone]]s) und teilweise auch Notebooks. Beispiele hierfür sind der [[Apple M1|M]]-Chip von Apple oder andere Leistungsprozessoren als CPUs oder [[System-on-a-Chip]] (SoC) mit [[ARM-Architektur]], beispielsweise von dem ARM-Lizenznehmer [[Qualcomm]] und seiner SoC-Plattform [[Snapdragon (Prozessor)|Snapdragon]]. Die meisten dieser [[Mikroprozessor]]en sind außerdem [[Mehrkernprozessor]]en, wobei entweder eine homogene RISC oder CISC-Architektur verwendet wird. Auch heterogene RISC-CISC-Bausteine sind möglich, jedoch eher selten.

Außerdem sind spezielle [[General Purpose Computation on Graphics Processing Unit|GPGPU]]-Architekturen<ref>{{Literatur |Autor=Richard Vuduc, Jee Choi |Titel=A Brief History and Introduction to GPGPU |Sammelwerk=Modern Accelerator Technologies for Geographic Information Science |Verlag=Springer US |Ort=Boston, MA |Datum=2013 |Sprache=en |ISBN=978-1-4614-8744-9 |DOI=10.1007/978-1-4614-8745-6_2 |Seiten=9–23 |Online=https://link.springer.com/10.1007/978-1-4614-8745-6_2 |Abruf=2026-02-12}}</ref> oder Systeme wie die [[Accelerated Processing Unit]] (APU) oder die [[Tensor Processing Unit]] (TPU) bekannt geworden.

Seit den [[2020er]] Jahren drängen für KI-Anwendungen optimierte (meist [[Grafikprozessor|GPU]]-basierte) Architekturen auf den Markt.

== Prozessor-Architekturen{{Anker|Diverse Prozessor Architekturen}} ==
* '''[[ARM-Architektur|ARM]]''' (Advanced RISC Machine) ist eine von [[ARM Holdings Limited|ARM Holdings]] entwickelte Architektur, die für ihre Energieeffizienz und Skalierbarkeit bekannt ist. ARM-Prozessoren werden in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, darunter Smartphones, Tablets, eingebettete Systeme, IoT-Geräte und einige Server. Sie zeichnen sich durch eine niedrige Leistungsaufnahme aus, was sie besonders für batteriebetriebene Geräte attraktiv macht. ARM-Prozessoren verwenden in der Regel eine RISC ([[Reduced Instruction Set Computer|Reduced Instruction Set Computing]])-Architektur, die auf einem vereinfachten Befehlssatz und einer effizienten Befehlsausführung basiert.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.computerweekly.com/de/definition/ARM-Prozessor |titel=Was ist ARM-Prozessor? - Definition von Computer Weekly |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.giga.de/artikel/was-bedeutet-arm-prozessor-einfach-erklaert/ |titel=Was ist ein ARM-Prozessor? – einfach erklärt |datum=2022-07-29 |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.redhat.com/de/topics/linux/what-is-arm-processor |titel=Was ist ein ARM-Prozessor? |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref> Die ARM-Architektur wird von einer Vielzahl von Herstellern lizenziert, darunter Unternehmen wie [[Qualcomm]], [[Samsung]], [[Apple]] und [[Nvidia|NVIDIA]], was zu einer breiten Palette von Geräten und Produkten führt, die auf ARM-Technologie basieren. Darüber hinaus gibt es eine umfangreiche Entwicklergemeinschaft und eine große Auswahl an Entwicklungstools, Betriebssystemen und Software-Bibliotheken, die die Entwicklung auf ARM-basierten Plattformen erleichtern.<ref>{{Internetquelle |autor=Rafał Bartoszak |url=https://botland.de/blog/arm-versus-x86-wie-sieht-die-zukunft-aus/ |titel=ARM versus x86 - wie sieht die Zukunft aus? |werk=Botland |datum=2023-08-19 |sprache=de-DE |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[x86-Architektur|x86]]''' ist eine Prozessorarchitektur, die von Intel entwickelt wurde und weit verbreitet in Desktop- und Laptop-Computern sowie in vielen Servern eingesetzt wird. Sie wird auch von [[AMD]] und anderen Herstellern lizenziert. x86-Prozessoren verwenden in der Regel eine [[CISC]] (Complex Instruction Set Computing)-Architektur, die einen komplexen Befehlssatz und eine hohe Befehlsdichte aufweist. Im Vergleich zu ARM-Prozessoren neigen x86-Prozessoren dazu, eine höhere Leistung pro Kern zu bieten, sind jedoch in der Regel energiehungriger und eignen sich daher möglicherweise weniger gut für batteriebetriebene Geräte.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.redhat.com/de/topics/linux/ARM-vs-x86 |titel=Was ist der Unterschied zwischen ARM und x86? |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[MIPS-Architektur|MIPS]]''': Eine frühe RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computer), die von MIPS Technologies entwickelt wurde. Obwohl sie heute nicht mehr so verbreitet ist wie x86 oder ARM, wird sie immer noch in einigen eingebetteten Systemen und speziellen Anwendungen eingesetzt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.mikrocontroller.net/articles/MIPS |titel=MIPS – Mikrocontroller.net |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[Power Architecture Platform Reference|Power Architecture]]''': Ursprünglich von IBM entwickelt, wird die Power-Architektur heute von verschiedenen Herstellern wie [[IBM]], [[Freescale Semiconductor|Freescale]] (jetzt [[NXP Semiconductors|NXP]]) und [[Xilinx]] für High-Performance-Computing, Server und eingebettete Systeme verwendet.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.ibm.com/docs/en/aix/7.1?topic=storage-power-family-powerpc-architecture-overview |titel=POWER® family and PowerPC® architecture overview |sprache=en-us |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[SPARC-Architektur|SPARC]]''': Eine Architektur, die von Oracle (früher Sun Microsystems) für deren [[SPARC-Architektur|SPARC]]-Prozessoren entwickelt wurde. [[SPARC-Architektur|SPARC]] wurde häufig in Servern und Workstations eingesetzt, hat aber an Marktanteil verloren.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.mikrocontroller.net/articles/SPARC |titel=SPARC – Mikrocontroller.net |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[RISC-V]]''': Eine offene, auf RISC-Prinzipien basierende Architektur, die von der RISC-V Foundation entwickelt wird. RISC-V ist lizenzfrei und wird von einer wachsenden Anzahl von Unternehmen und Organisationen für verschiedene Anwendungen und Forschungszwecke eingesetzt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/2501131.htm |titel=RISC-V (Prozessoren) |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.ginzinger.com/de/wissen-events/techtalk/was-steckt-hinter-risc-v/ |titel=Was steckt hinter dem Begriff RISC-V? |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[Itanium-Architektur|Itanium]] (IA-64)''': Eine Architektur, die von [[Intel]] und [[HP Inc.|HP]] entwickelt wurde, um hochskalierbare Server und Workstations zu bedienen. Obwohl es geplant war, dass IA-64 „Itanium“ die x86-Architekur „IA-32“, zu der sie inkompatibel ist, irgendwann ersetzt, wurde sie durch die Weiterentwicklung von x86 zu [[x64]] (federführend durch den Intel-Konkurrenten AMD) und der sich daraus ergebenden Dominanz von x86-Prozessoren am Server- und Workstation-Markt schließlich eingestellt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0608201.htm |titel=Intel Itanium |sprache=de-DE |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://homepages.thm.de/~hg10013/Lehre/MMS/SS01_WS0102/Itanium/ |titel=Seminarbericht - IA-64 und Intel® Itanium™ |abruf=2024-06-01}}</ref><ref name="heiseonline_4111405">{{Heise online |ID=4111405 |Titel=50 Jahre Intel: Rückblick auf 50 Jahre große Erfolge und große Misserfolge |Autor=Andreas Stiller |Datum=2018-07-18 |Artikelseite=4 |Seitentitel=Spekulatives |SeitenURL=https://www.heise.de/newsticker/meldung/50-Jahre-Intel-Ein-persoenlicher-Rueckblick-auf-50-Jahre-grosse-Erfolge-und-grosse-Misserfolge-4111405.html?seite=4 |Abruf=2025-06-14 |Zitat=Der Taktwettkampf bei den Desktop-Prozessoren hatte bei Intel aber noch andere katastrophale Folgen, er läutete nämlich bereits das Ende der 64-Bit-Architektur Itanium ein, bevor diese überhaupt in Gang gekommen war – denn diese konnte performancemäßig überhaupt nicht mithalten. Aber wegen eines milliardenschweren Vertrages mit Hewlett Packard wurde Itanium aus politischen Gründen bis hin zum vorigen Jahr am Leben erhalten.}}</ref>

x86 ist weit verbreitet in der PC- und Server-Industrie und wird von den meisten Desktop-Betriebssystemen wie Windows, macOS und Linux unterstützt. ARM-Prozessoren werden hingegen oft in Geräten mit spezieller Software eingesetzt und erfordern möglicherweise spezielle Anpassungen oder Betriebssysteme, obwohl ARM in den letzten Jahren in den PC-Markt eingedrungen ist und einige Betriebssysteme wie Windows 10 ARM unterstützen.<ref>{{Internetquelle |autor=mattwojo |url=https://learn.microsoft.com/de-de/windows/arm/overview |titel=Windows on Arm-Dokumentation |datum=2024-05-23 |sprache=de-de |abruf=2024-06-01}}</ref>

=== Nennenswerte Unterschiede in verschiedenen Architekturen ===
* '''Befehlssatzarchitektur (ISA)''': Die ISA definiert die Befehle, die ein Prozessor ausführen kann, sowie das Format dieser Befehle und die Art und Weise, wie sie Daten manipulieren können. Einige Architekturen verwenden einen komplexen Befehlssatz ([[Complex Instruction Set Computer|CISC]]), während andere einen reduzierten Befehlssatz (RISC) verwenden. Die Unterschiede in der ISA können Auswirkungen auf die Leistung, die Energieeffizienz und die Komplexität des Prozessors haben.<ref>{{Internetquelle |autor=Jürgen Höfling |url=https://www.datacenter-insider.de/was-ist-die-instruction-set-architecture--isa-a-f0b6e862a7d337482d5d365646c1760a/ |titel=Was ist die Instruction Set Architecture - ISA? |datum=2021-03-11 |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''Pipeline-Architektur''': Die Pipeline-Architektur teilt den Ausführungspfad von Instruktionen in mehrere Stufen auf, die parallel bearbeitet werden können. Die Anzahl und die Art der Pipelinestufen können zwischen verschiedenen Architekturen variieren, was sich auf die Ausführungsgeschwindigkeit und die Latenzzeit auswirken kann.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.snaplogic.com/de/glossary/data-pipeline-architecture |titel=Data Pipeline Architecture - Definition und Überblick |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.astera.com/de/type/blog/data-pipeline-architecture/ |titel=Datenpipeline-Architektur: Alles, was Sie wissen müssen |werk=Astera |datum=2020-02-22 |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''Cache-Hierarchie''': Die Organisation und Größe des [[Cache|Cache-Speichers]], einschließlich L1-, L2- und L3-Caches, kann je nach Architektur unterschiedlich sein. Die Cache-Hierarchie beeinflusst die Speicherlatenz und den Durchsatz des Prozessors.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0309291.htm |titel=Cache (L1 L2 L3) |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''[[Register (Prozessor)|Register-Datei]] und Registerbreite''': Die Anzahl der Register und ihre Breite können zwischen verschiedenen Architekturen variieren. Mehr Register können die Registerumbenennung und -optimierung erleichtern, was sich auf die Leistung auswirken kann.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.stmd.bayern.de//themen/digitale-verwaltung/registermodernisierung/ |titel=Bayerisches Digitalministerium |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.computerweekly.com/de/definition/Register-Prozessorregister-CPU-Register |titel=Was ist Register (Prozessorregister, CPU-Register)? - Definition von Computer Weekly |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''Funktionale Einheiten''': Die Anzahl und Art der funktionalen Einheiten, wie z. B. ALUs (Arithmetic Logic Units), FPU (Floating Point Unit) und SIMD (Single Instruction, Multiple Data) Einheiten, können zwischen verschiedenen Architekturen variieren und beeinflussen die Fähigkeiten des Prozessors in der Ausführung bestimmter Arten von Berechnungen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.hardware-aktuell.com/lexikon/Hauptprozessor/ |titel=Hardware-Aktuell - Lexikon - Hauptprozessor |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''Speicherzugriff und Busarchitektur''': Die Organisation des Speicherzugriffs und die Art und Weise, wie Daten zwischen dem Prozessor und dem Speicher übertragen werden, können zwischen verschiedenen Architekturen variieren. Dies kann Auswirkungen auf die Speicherlatenz, den Durchsatz und die Skalierbarkeit haben.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.studydrive.net/de/flashcards/speicherhierarchie-und-cache/19708 |titel=Speicherhierarchie und Cache - Karteikarten |sprache=de |abruf=2024-06-01}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0309221.htm |titel=Systembus |abruf=2024-06-01}}</ref>
* '''Energieeffizienz- und Stromsparfunktionen''': Moderne Prozessorarchitekturen enthalten oft Funktionen zur Energieverwaltung und zum Stromsparen, die sich in ihrer Effektivität und Komplexität unterscheiden können. Diese Funktionen können den Energieverbrauch des Prozessors bei unterschiedlichen Arbeitslasten und Betriebszuständen optimieren.

== Literatur ==
{{Siehe auch|Mikroprozessor|Entwurf integrierter Schaltungen|Rechnerarchitektur}}
* {{Literatur |Titel=The First Computers. History and Architectures |Hrsg=Raâul Rojas, Ulf Hashagen |Verlag=MIT Press |Ort=Cambridge, MA |Datum=2000 |Sprache=en |Reihe=History of Computing |ISBN=978-0-262-28252-9 |Online=https://ieeexplore.ieee.org/book/6276817}}
* {{Literatur |Autor=Harry Veendrick |Titel=Bits on Chips |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2019 |Sprache=en |ISBN=978-3-319-76095-7 |DOI=10.1007/978-3-319-76096-4}}
* {{Literatur |Autor=Herbert Bruderer |Titel=Turning Points in the Analog and Digital World |Verlag=ACM |Ort=New York, NY |Datum=2025 |Sprache=en |ISBN=979-8-4007-3192-1 |DOI=10.1145/3755991}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Prozessorarchitektur}}
{{Navigationsleiste Befehlssatzarchitektur}}

[[Kategorie:Prozessorarchitektur| ]]
[[Kategorie:Rechnerarchitektur]]
[[Kategorie:Mikroprozessor]]

Prozessorarchitektur - Versionsgeschichte

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