Teil 5: Von Neumann Architektur Flashcards
EVA-Prinzip Komponenten
- Eingabe (über Eingabeeinheit gelangen Daten in den Computer)
- Verarbeitung (der Daten findet in Zentraleinheit statt)
- Ausgabe (mittels eines Ausgabegeräts)
Was ist die VNA
- entworfen von John von Neumann
- Referenzmodell für einen Computer
- arbeitet nach EVA-Prinzip
VNA Komponenten
- Steuerwerk
- Rechenwerk (= ALU)
- Speicherwerk
- Eingabewerk
- Ausgabewerk
VNA: Steuerwerk
- ist für das sequenzielle Abarbeiten des im Speicher befindlichen Programms verantwortlich
- kann durch Befehle (z.B. auf Speicher zugreifen) oder Sprungbefehle ausführen
Funktionsweise des Steuerwerks
- Es wird ein Befehlszähler (program counter) verwendet welcher beim Start des Programms auf den ersten Befehl des Programms zeigt
- Befehl wird in den Speicher geladen und ausgeführt
- Befehlszähler wird inkrementiert
Befehle des Steuerwerks
- READ
- WRITE
- MOVE
- GET:
- Sprungbefehle
Der Sprungbefehl
- zum variablen Ablauf des Programms
- verändert Befehlszähler & unterbricht so sequentielle Ausführung des Programms)
Arten von Sprungbefehlen
Bedingter Sprung
Unbedingter Sprung
Bedingter Sprung
verzweigt abhängig von einem Ergebnis einer logischen Operation
z.B. eine If-Operation
Unbedingter Sprung
Ziel des Sprungs bereits vor Programmstart eindeutig
z.B. GoTo-Anweisung
Von was wird das Rechenwerk gelenkt ?
Steuerwerk
Register X & Y
Zwischenspeicher für Eingabeargumente
FLAG-Register
speichert Informationen über das Ergebnis der zuletzt ausgeführten (Rechen-) Operation (z.B. Überläufe)
Register Z
Ablage für das Ergebnis der Operation
Was hängt vom FLAG-Register ab
- manche Rechenoperationen der ALU
- bedingte Sprunganweisungen
Function Select
- erlaubt zwischen arithmetischem und logischem Modus zu wechseln
- erlaubt Wahl des Operators
Arithmetische Operationen
- add
- sub
- mul
- div
Logische Operationen
- AND
- OR
- XOR
- NOT
Speicherwerk
Besteht aus einer Endlichen Menge an Speicherzellen von denen jede eine eigene Adresse hat
-> hier werden Daten und Befehle ablaufender Programme abgelegt
Funktionsweise des Zugriffs auf Speicherwerk
- In MAR wird Adresse der Speicherzelle geschrieben die angesprochen werden soll
- READ (ausgelesen) oder WRITE (beschreiben)Befehl wird ausgeführt
MAR
Memory Adress Register
Read Befehl
Inhalt der Speicherzelle wird in das Memory Data Register (MDR) kopiert
-> CPU liest MDR nun aus
Write Befehl
Inhalt des MDR wird in Speicherzelle geschrieben
Eingabewerk & Ausgabewerk
- kommuniziert mit der Umwelt
- nehmen neue Daten und Programme entgegen und geben verarbeitete Daten wieder aus
- kann beliebig abstrahiert werden (Von Neumann erstellte deswegen bewusst keine detaillierte Darstellung)
Charakteristika der VNA
- Die 5 Funktionseinheiten
- Problemunabhängigkeit
- Universalrechner
- Externer Programminput
- Universelle Einsetzbarkeit
- Programmbestimmung
Die 5 Funktionseinheiten
Von-Neumann-Rechner sind grundsätzlich in fünf Funktionseinheiten gegliedert
(Komponenten)
Problemunabhängigkeit
Der Aufbau und die Struktur des Von-Neumann-Rechners sind unabhängig von den zu bearbeitenden Problemen
Universalrechner
Von-Neumann-Rechner sind Universalrechner, da sie verschiedenste Arten von Problemen zu lösen vermögen und nicht auf eine bestimmte Klasse von Problemen beschränkt sind
Externer Programminput
Das zur Lösung der gestellten Probleme benötigte Programm muss von außen eingegeben werden. Es wird zusammen mit den zum Problem gehörenden Daten in einem gemeinsamen Speicher abgelegt
Universelle Einsetzbarkeit
Ein Von-Neumann-Rechner wird auch als speicherprogrammierbarer Rechner bezeichnet.
Dies ist die Grundlage der universellen Einsetzbarkeit und hebt den Von- Neumann-Rechner von Rechnern ab, bei denen das Programm im Prozessor »fest verdrahtet« ist
Programmbestimmung
Das eingegebene Programm bestimmt und erweitert die Funktionalität des Rechners.
