Computer - Programmieren Spielend Gelernt mit dem Java-Hamster-Modell - page 31

4.2 Von-Neumann-Prinzipien der Rechnerarchitektur
Die wesentlichen Prinzipien der klassischen Von-Neumann-Rechnerarchitektur lassen sich in fol-
genden acht Punkten zusammenfassen:
• Ein Computer besteht aus fünf Funktionseinheiten: dem Steuerwerk, dem Rechenwerk, dem
Speicher, dem Eingabewerk und dem Ausgabewerk.
• Die Struktur der Von-Neumann-Rechner ist unabhängig von den zu bearbeitenden Problemen.
Zur Lösung eines Problems muss das Programm eingegeben und im Speicher abgelegt werden.
Ohne Programme ist der Rechner nicht arbeitsfähig.
• Programme, Daten, Zwischen- und Endergebnisse werden im selben Speicher abgelegt.
• Der Speicher ist in gleich große Zellen unterteilt, die fortlaufend durchnummeriert sind. Über
die Nummer (Adresse) einer Speicherzelle kann deren Inhalt gelesen oder verändert werden.
• Aufeinanderfolgende Befehle oder Anweisungen eines Programms werden in aufeinander fol-
gende Speicherzellen abgelegt. Befehle werden vom Steuerwerk angesprochen. Das Anspre-
chen des nächsten Befehls geschieht vom Steuerwerk aus durch Erhöhen der Befehlsadresse
um Eins.
• Durch Sprungbefehle kann von der Bearbeitung der Befehle in der gespeicherten Reihenfolge
abgewichen werden.
• Es existieren arithmetische Befehle, wie Addition und Multiplikation, logische Befehle, wie
Vergleiche, Negation und Konjunktion, Transportbefehle z.B. zum Transportieren von Daten
aus dem Speicher in das Rechenwerk, bedingte Sprünge sowie weitere Befehle, wie Schiebe-
operationen oder Ein-/Ausgabebefehle.
• Alle Daten (Befehle, Adressen) werden binär codiert. Geeignete Schaltwerke im Steuerwerk
und an anderen Stellen sorgen für die richtige Entschlüsselung (Decodierung).
4.3 Arbeitsweise eines Computers
Vereinfacht dargestellt arbeitet ein Computer nach dem in Abbildung 4.3 (oben) skizzierten Prinzip.
Zunächst muss ihm in Form eines Programms eine Arbeitsanleitung zum Bearbeiten der zu erledi-
genden Aufgabe übergeben werden. Der Computer führt dann dieses Programm aus. Dabei fordert
er im Allgemeinen bestimmte Eingabewerte, wie Zahlen oder Wörter, an, die er gemäß der Anlei-
tung in Ausgabewerte umwandelt. Abbildung 4.3 enthält im unteren Teil ein konkretes Beispiel, das
die Arbeitsweise eines Computers demonstriert.
4.4 Speicher
Bereits in Abschnitt 4.1.1 haben wir den Hauptspeicher eines Computers kennengelernt. In ihm
werden die gerade auszuführenden Programme bzw. Programmteile sowie die benötigten Daten ge-
speichert.