Das von neumann prinzip und seine bedeutung
Das von-Neumann-Prinzip und seine Bedeutung
Um die für die weitere Entwicklung von Computern und Rechnerarchitekturen gravierende Bedeutung des 1945/46 von John von Neumann entwickelten Prinzips besser verstehen zu können, sollte man ersteinmal dessen Aufbau und Funktions-weise näher betrachten.
Das Prinzip des von-Neumann-Rechners
Von Neumann begründete fundamentale Prinzipien mit der Entwicklung seines Rechners, die auch bis in die heutige Zeit noch grundlegend sind.
Die Struktur eines von-Neumann-Rechners besteht im Groben aus einem Steuerwerk, einem Rechenwerk (zusammen bilden sie die Zentraleinheit oder zentrale Prozessoreinheit, heute CPU genannt), einem Speicher und Ein- und Ausgabegeräten, die alle eine Verbindung (heutzutage Bus genannt) zueinander haben. Dies ist das sogenannte Prinzip des minimalen Hardwareaufwands, bei dem zur Erfüllung der Aufgaben keine Komponente weggelassen werden kann.
Über die Ein- und Ausgabegeräte können Programmbefehle und Daten ein- und ausgegeben werden. Durch das eingegebene Programm wird der Rechner erst arbeitsfähig.
Die Programmbefehle und Daten sind binär codiert und werden im gemeinsamen Speicher abgelegt. Die Befehle sind durchnumeriert und werden sequentiell, also einzeln nacheinander, abgearbeitet. Ein Befehlszähler in der Steuereinheit gibt die Stelle im Speicher an, aus der ein Befehl entnommen werden soll. Die Zentraleinheit liest die Befehle aus dem Speicher und bestimmt so die auszuführenden Vorgänge. Dabei decodiert und interpretiert das Steuerwerk die zu verarbeitenden Befehle, das Rechenwerk führt sie aus. Das Resultat wird wieder in den Speicher transportiert.
Der Befehlszähler wurde erhöht und enthält nun die binäre Speicheradresse des als nächstes auszuführenden Befehls. Der Vorgang beginnt dann wieder mit der Übertragung des Befehls. Die Ausgabe erfolgt über die Ausgabegeräte durch Abfrage der Daten oder Resultate oder durch Ausgabebefehle. Die Bedeutung des von-Neumann-Prinzips
Die Frage ist nun: Warum war das von-Neumann-Prinzip so bedeutend für die weitere Entwicklung der Datenverarbeitung?
Ein gravierender Vorteil des von-Neumann-Prinzips war, dass die Programmbefehle kodiert zusammen mit den Daten in einen Speicher abgelegt werden konnten. Dadurch wurde das, zur Zeit der auf Relais- bzw. Röhrentechnik basierenden Rechner zur Programmänderung übliche, mühsame Umstecken und Neuverdrahten von Kabeln außerhalb der Computer umgangen.
So wurden auch die Lochkarten, auf denen sich die Programmbefehle bisher befanden, überflüssig und die sich durch diese Systematik ergebenden Geschwindigkeitseinschränkungen wurden beseitigt.
Auch wurde der einfache Binärcode sinnvoll angewendet, da die Kombination der Zahlen 0 und 1 zur simplen Adressierung der Speicherstellen im Speicher genutzt wurde und so jede gespeicherte Information genau bestimmt und angesteuert werden konnte.
Durch das Prinzip des minimalen Speicheraufwands, das Ablegen der Programmbefehle und Daten in einem Speicher, wurden Sprunganweisungen zur Abweichung von der gespeicherten Reihenfolge ebenso möglich wie Verzweigungen im Programmablauf. Die Programme konnten nun je nach Verlangen geändert werden, die Daten konnten variabel gespeichert und verändert werden. Ebenso konnten Auswahlbedingungen (beispielsweise notwendige Bedingungen zur Durchführung eines Befehls) angewandt und durchgeführt werden und Programmschleifen konnten eingebaut und genutzt werden. So wurde der Rechner aufgabenunabhängig und sehr viel flexibler in der Programmierung.
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