Der Neumann-Rechner
Gliederung
1.
2.
Biographie John von Neumann (fertig)
Der von Neuman Rechner (fast)
1. Allgemeine Architektur (fast)
2. Der Speicher (halb)
3. Das Steuerwerk (fehlt)
4. Der Datenbus (halb)
5. Das Rechenwerk (fehlt)
6. Eingabe/Ausgabewerk (fertig)
7. Von-Neumann-Flaschenhals (fertig)
Biographie von John von Neumann
• Geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest
• 1914 besuch des humanistische LutheranerGymnasium
• 1921 beendete von Neumann seine Schulzeit
• 1923 Wechsel zur Eidgenössischen
Technischen Hochschule
Biographie John von Neumann
• 1925 veröffentlichte er seine Doktorarbeit
• 1926 erhielt er in Budapest seinen Doktortitel
in Mathematik
• 1933 wurden einige hundert jüdische
Akademiker von den deutschen
Universitäten verwiesen
• gab er seine Stellung in Berlin auf und zog
nach New Jersey
• April 1933 stellte von Neumann den Antrag
zur Einbürgerung in die USA
• 1937 Bewerbung als Reserveleutnant in der
Artillerie der amerikanischen Armee
Biographie John von Neumann
• 1943 Manhattan Projekt
• 8. Februar 1957 starb J. von Neumann in
Washington D.C.
Einer der genialsten und vielseitigsten
Mathematiker des 20. Jahrhunderts
Biographie John von Neumann
Der Von Neumann Rechner
Architektur und Struktur
Die Von Neumann Architektur
• 1946 von John Von Neumann vorgestellt
• Universeller Rechner für technische,
wissenschaftliche und kommerzielle
Anforderungen
• Heutige Rechner basieren auf NeumannStruktur
Die Von Neumann Architektur
• Von Neumann Rechner ist nach folgenden
Prinzipien aufgebaut :
-
Steuerwerk
Rechenwerk
Speicher
Eingabewerk und Ausgabewerk
Die Von Neumann Architektur
• Um Probleme lösen zu können, muss ein
Programm installiert sein
• Programme, Daten, Zwischen- und
Endergebnisse werden im Speicher
abgelegt
• Der Speicher ist in Zellen unterteilt und
durchnummeriert und kann nur durch
Nummernkombinationen (Adresse)
abgerufen werden
Die Von Neumann Architektur
• Aufeinanderfolgende Befehle eines
Programms werden in aufeinander
folgende Speicherzellen abgelegt
• Durch Sprungbefehle kann von der
Reihenfolge der Speicherzellen
abgewichen werden
Die Von Neumann Architektur
• Es gibt folgende Befehle :
- Arithmetische Befehle (Addieren,
Multiplizieren...)
- Logische Befehle (Vergleiche, logisches NICHT,
UND, ODER)
- Transportbefehle (vom Speicher zum
Rechenwerk und Ein- Ausgabe)
- Bedingte Sprünge
- Sonstiges wie schieben, unterbrechen, warten...
Die Von Neumann Architektur
• Alle Daten (Befehle, Adressen) werden
binär codiert. Geeignete Schaltwerke im
Steuerwerk oder woanders sorgen für die
richtige Entschlüsselung (Decodierung)
Die Rechenarchitektur des Von Neumann
Rechners fällt in das Schema der
SISD- Architektur
Die allgemeine Struktur
Eingabewerk
Speicher
Rechenwerk
Steuerwerk
Ausgabewerk
Der Speicher
Der Speicher
Der Speicher
Das Steuerwerk
Das Steuerwerk
Speicher (Daten)
Befehlsregister
Operationsteil
Adressteil
Befehlszählregister
+1
Decodierer
Adressberechnung
Mikroprogrammeinheit
Rechenwerk
Eingabe/
Ausgabe
Speicher
(Adresse)
Das Steuerwerk
Der Datenbus
• Verbindet die Einheiten
• Vereinfachung der Verdrahtung
– Mehrere Geräte an einem Bus
Der Datenbus
Datenbus
Erster Operand
Zweiter Operand
Akkumulator
Ablaufsteuerung
Rechenlogik
(ALU)
• Ergebnis = 0
• Ergebnis < 0
• Ergebnis > 0
• Überlauf
Das Rechenwerk
Eingabe-/Ausgabewerk
•die Logik, die den Computer mit „draußen“ verbindet
•Draußen = nicht zu dem VNR-Konzept gehörend
•Heute:
•Prozessor, Rechenwerk und Steuerwerk, Northbridge mit
RAM
•Alles ab der Southbridge = Eingabe-/Ausgabewerk
•z.B. die Grafikkarte liegt schon „draußen“
•Zum Ein-/Ausgabewerk gehören z.B. PCI-Bus, SCSI-Interface
und parallele und serielle Schnittstellen.
Eingabe-/Ausgabewerk
Der Neuman-Flaschenhals
•Engpass zwischen Prozessor und dem Speicher
•Früher:
•CPU = langsamste Einheit im PC
•Datenbereitstellung erfolgte schneller als Datenverarbeitung
•Heute:
•CPU = schnellste Einheit im PC
•Datenbereitstellung dauert länger als Datenverarbeitung
•Folge:
•Hauptspeicher und Bussystem bestimmen die
Arbeitsgeschwindigkeit des gesamten Systems
Der Neuman-Flaschenhals

Der Neumann