Von Neumann Architektur

Lernziele und Überblick

In dieser Lerneinheit lernen Sie,

• den prinzipiellen Aufbau realer Computer kennen,
• welche Komponenten ein Computer besitzt und ihre Aufgaben.

Im Gegensatz zur Turing Maschine (siehe Übung), die mehr ein theoretisches Modell darstellt, basieren reale, übliche Computer auf den Ideen der von Neumann Architektur, welche 1945 veröffentlicht wurden: First Draft of a Report on the EDVAC.

Begriffe

• Befehl:
  Eine elementare Hardware-nahe Anweisung, wie ein Arbeitsschritt zu erfolgen hat.


• Programm:
  Abfolge von Befehlen.


• Speicher:
  Bereich innerhalb eines Rechnersystems, der zur Aufnahme, Aufbewahrung und Abgabe von Befehlen und Daten dient.
  

Prinzipien der von Neumann Architektur

Von Neumann formulierte die folgenden sieben Prinzipien (nach [Rechenberg-Pomberger]):

• Der Rechner besteht aus 4 Werken:
• Hauptspeicher für Programme und Daten.
• Leitwerk, welches das Programm interpretiert.
• Rechenwerk, welches arithmetische Operationen ausführt.
• Ein- und Ausgabewerk zur Kommunikation mit der Umwelt.


• Die Struktur des Computers ist unabhängig von dem zu lösenden Problem (Universitalitäts-Prinzip). Dies wird durch eine Programmsteuerung realisiert.


• Programme und Daten stehen in demselben Speicher, der während des Programmablaufs verändert werden kann.


• Der Hauptspeicher ist eingeteilt in Zellen gleicher Größe, welche durch fortlaufende Nummern (Adressen) bezeichnet werden.


• Das Programm besteht aus einer Folge von Befehlen, welche nacheinander ausgeführt werden ( implizite Sequentialität)


• Durch explizite Sprungbefehle kann von der sequentiellen Ausführung der Maschinenbefehle abgewichen werden. Die Sprünge sind dabei von gespeicherten Werten abhängig.


• Die Maschine benutzt Binärcodes. Zahlen werden dual dargestellt..

Ăœbung