Der Neumann-Rechner

Gliederung

1. Biographie John von Neumann (fertig)

2. 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 Lutheraner-Gymnasium

• 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 Neumann- Struktur

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 Ausgabewerk

Rechenwerk

Steuerwerk

Der Speicher

Der Speicher

Der Speicher

Das Steuerwerk

Das Steuerwerk

Das

Steuerwerk

Befehlsregister

Operationsteil Adressteil

Decodierer

Mikroprogramm-einheit

Befehlszählregister +1

Adressberechnung

Speicher (Daten)

Rechenwerk Eingabe/Ausgabe

Speicher(Adresse)

Der Datenbus• Verbindet die Einheiten• Vereinfachung der Verdrahtung

– Mehrere Geräte an einem Bus

Der Datenbus

Datenbus

Akkumulator

Zweiter Operand

Ablaufsteuerung

Rechenlogik(ALU)

Erster Operand

• Ergebnis = 0• Ergebnis < 0• Ergebnis > 0• Überlauf

Das Rechenwerk

•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

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