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Von-Neumann-Rechner

Ein Von-Neumann-Rechner ist ein Computersystem, welches nach der von John von Neumann entworfenen Von-Neumann-Architektur aufgebaut ist. Die meisten heute verwendeten Computer arbeiten nach diesem Prinzip.

Komponenten der Von-Neumann-Architektur

Ein Von-Neumann-Rechner besteht immer aus den folgenden Komponenten mit den entsprechenden Funktionen.

Prozessor, Zentraleinheit

übernimmt die Ablaufsteuerung und Ausführung der Befehle. Zu ihm gehören Steuerwerk und Rechenwerk.

Steuerwerk

Interpretiert die Maschinenbefehle und erzeugt Steuerkommandos für andere Komponenten

Rechenwerk

ALU (arithmetic logical unit) führt alle Befehle aus, bis auf Ein-/Ausgabe- und Speicherbefehle

Ein-/Ausgabesystem

Schnittstelle des Rechners nach außen für die Ein-/ Ausgabe von Programmen und Daten

Speicher

nimmt das Programm auf, welches später vom Prozessor abgearbeitet werden soll

Verbindungseinrichtungen

Dazu gehören die Bussysteme wie Adressbus, Datenbus und Steuerleitungen

Charakteristik der Von-Neumann-Architektur

Zu jedem Zeitpunkt führt die CPU nur einen Befehl aus, und dieser kann höchstens einen Datenwert erarbeiten.

Code und Daten stehen ohne Unterscheidung im selben Speicher. Es existiert keine speichertechnische Maßnahme, um sie vor ungerechtfertigtem Zugriff zu schützen.

Der Speicher ist unstrukturiert und wird linear adressiert. Die Interpretation eines Speicherinhaltes hängt nur vom aktuellen Kontext des laufenden Programms ab.

Vor-/ Nachteile der Von-Neumann-Architektur

Vorteile:

- minimaler Hardwareaufwand

- minimaler Speicheraufwand

Nachteile:

- Prozessor arbeitet schneller als er mit Daten und Befehlen versorgt werden kann

- Hauptengpass ist die Verbindungseinrichtung zwischen Hauptspeicher und CPU, der sogenannte Von-Neumann-Flaschenhals

- Daten und Befehle müssen durch den Von-Neumann-Flaschenhals

- Geringe Datenstrukturierung

Harvard-Architektur

Die Harvard-Architektur ist eine Variante der Von-Neumann-Architektur.

Unterschiede der Harvard- zur Von-Neumann-Architektur:

- getrennter Speicher für Daten und Programmcode

- jeder Speicher hat eigene Verbindungseinrichtungen (Daten-/ Adressbus), dadurch ist der Von-Neumann-Flaschenhals etwas entschärft.



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