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Verarbeitung

Hardware

John von Neumann

John von Neumann[1]

John von Neumann (* 28. Dezember 1903 in Budapest, Österreich-Ungarn; † 8. Februar 1957 in Washington, D.C., Vereinigte Staaten) war ein ungarisch-US-amerikanischer Mathematiker.

Von Neumann gilt als einer der Väter der Informatik. Nach ihm wurde die Von-Neumann-Architektur benannt, ein Computer, in dem Daten und Programm binär codiert im selben Speicher liegen.

Von-Neumann-Architektur

1945 beschrieb John von-Neumann sein Konzept erstmals. Das Konzept war damals revolutionär, da zuvor entwickelte Rechner an ein festes Programm gebunden waren. Die meisten der heute gebräuchlichen Computer basieren auf dem Grundprinzip der Von-Neumann-Architektur.

Komponenten eines Von-Neumann-Rechners[2]

Ein Von-Neumann-Rechner beruht auf folgenden Komponenten, die bis heute in Computern verwendet werden:

Rechenwerk
führt Rechenoperationen und logische Verknüpfungen durch
Steuerwerk
interpretiert die Anweisungen eines Programms und regelt die Befehlsabfolge
Bus System
dient zur Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten
Speicherwerk
speichert sowohl Programme als auch Daten, welche für das Rechenwerk zugänglich sind
Ein-/Ausgabewerk
steuert die Ein- und Ausgabe von Daten, zum Anwender (Tastatur, Bildschirm) oder zu anderen Systemen (Schnittstellen)

Bus-System

Man unterscheidet drei verschiedene Busse: Adressbus, Datenbus und Steuerbus

Schematischer Aufbau eines Von-Neumann-Rechners mit dem zugehörigen Bussystem[3]
Adressbus
überträgt Speicheradressen
Busbreite bestimmt den adressierbaren Speicher
Datenbus
überträgt Daten
Busbreite bestimmte maximale Datenmenge die pro Schritt verarbeitet werden kann
Steuerbus
steuert Bus-Vorgänge wie z.B. Lesen oder Schreiben

Arbeitsweise CPU

Logische Schaltung

Durch geschicktes Verknüpfen von Gatter können Schaltungen erzeugt werden, welche Berechnungen durchführen. Im Beispiel lassen sich Binärzahlen stellenweise addieren:

👉 Addierer


  1. LANL via Wikimedia (CC0) ↩︎

  2. Wilkensa via Virtuelle Fachhochschule (CC-BY) ↩︎

  3. Medvedev via Wikimedia (CC-BY-SA 3.0) ↩︎

Gymnasium Kirchenfeld, fts