Von-Neumann-Architektur

1945 beschrieb John von Neumann den Bauplan, dem fast jeder Computer bis heute folgt. Seine Idee: Das Programm liegt als Befehlsliste im selben Speicher wie die Daten.

• Früher (ENIAC):das Programm steckte in der Verkabelung — ein neues Programm hieß tagelang umstecken; heute lädt man nur neuen Speicherinhalt.
• Steuerwerk:holt die Befehle aus dem Speicher, entschlüsselt sie und steuert alle anderen Einheiten.
• Rechenwerk (ALU):führt Rechnungen und Vergleiche aus; zusammen mit dem Steuerwerk bildet es den Prozessor.
• Speicher:enthält Programm und Daten gemeinsam; das Ein-/Ausgabewerk verbindet den Rechner mit der Außenwelt.
• Bus-System:die gemeinsame Datenstraße zwischen allen Einheiten — mit Datenbus, Adressbus und Steuerbus.

Für jeden Befehl durchläuft der Prozessor denselben Dreischritt. Mehr macht ein Prozessor nicht — er macht es nur Milliarden Mal pro Sekunde.

• 1. Holen:das Steuerwerk lädt den nächsten Befehl über den Bus aus dem Speicher ins Befehlsregister.
• 2. Dekodieren:der Befehl wird entschlüsselt: Was ist zu tun, mit welchem Speicherfach?
• 3. Ausführen:meist rechnet dabei das Rechenwerk; danach rückt der Befehlszähler weiter.
• Register:winzige, sehr schnelle Speicher direkt im Prozessor, die genau eine Zahl fassen.
• Befehlszähler und Akkumulator:der Befehlszähler zeigt auf die Adresse des nächsten Befehls, der Akkumulator hält das Zwischenergebnis.

Der Mini-Prozessor rechnet 3 + 5 — in Zeitlupe. Klicke auf „Nächster Schritt“ und beobachte, wie Befehle und Daten über den Bus wandern und sich Befehlszähler, Befehlsregister und Akkumulator ändern.

Halte fest: Befehle (orange) und Daten (blau) liegen im selben Speicher und reisen über denselben Bus — genau das ist die Von-Neumann-Idee.