Architektur moderner RISC-Mikroprozessoren

Seit der Entwicklung des ersten Mikroprozessors vor rund 25 Jahren konnte die Prozessorleistung kontinuierlich um jährlich 50 % verbessert werden. Diese Leistungsverbesserung ist im wesentlichen den Fortschritten der Halbleiterindustrie zu verdanken, welche den Entwicklern von integrierten Schaltungen einerseits immer schnellere Transistoren und andererseits eine immer grössere Anzahl Transistoren auf einem Chip zur Verfügung stellt. Damit kann die Prozessorleistung erhöht werden, ohne dass Änderungen an der Prozessororganisation nötig sind: die höhere Schaltgeschwindigkeit erlaubt es, Instruktionen schneller auszuführen, und die höhere Integrationsdichte kann dazu benutzt werden, breitere Datenpfade zu realisieren und damit breitere Operandenworte zu verarbeiten. Daneben sind aber auch architektonische Erweiterungen wesentlich mitverantwortlich an der Erhöhung der Rechenleistung. Die beiden wichtigsten Techniken, um die Arbeitsgeschwindigkeit von Mikroprozessoren weiter zu erhöhen, sind die Pipelineverarbeitung und die Verwendung von Cachespeichern. Die Pipelineverarbeitung erlaubt es, mehrere Operationen parallel auszuführen, während Cachespeicher einen schnelleren Zugriff auf Operationen und Operanden ermöglichen. In diesem Artikel werden die erwähnten Techniken besprochen und deren Anwendung in modernen RISC-Mikroprozessoren aufgezeigt