Klassischer Universalrechner - Einblick in John von Neumanns Grundkonzept


Seminararbeit, 2009

13 Seiten, Note: 1,3

Patrick Seifert (Autor)


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Ehrenwörtliche Erklärung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Vorstellung: John von Neumann

3. Grundkonzept: Von Neumann
3.1 Architektur des von-Neumann-Rechnermodells
3.2 Programmablaufkonzept des von-Neumann-Rechner
3.3 Von-Neumann-Flaschenhals

4. Technische Realisierung in einem modernen Multi-Core-Prozessor

5. Fazit

Literatur- und Quellenverzeichnis

Ehrenwörtliche Erklärung

Hiermit versichere ich, dass die vorliegende Arbeit von mir selbstständig und ohne unerlaubte Hilfe angefertigt worden ist, insbesondere dass alle Stellen, die wörtlich oder annähernd wörtlich aus Veröffentlichungen entnommen sind, durch Zitate als solche gekennzeichnet sind. Ich versichere auch, dass die von mir eingereichte schriftliche Version mit der digitalen Version übereinstimmt. Weiterhin erkläre ich, dass die Arbeit in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen hat. Ich erkläre mich damit einverstanden, dass die Arbeit der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wird. Ich erkläre mich ferner damit einverstanden, dass die Digitalversion dieser Arbeit zwecks Plagiatsprüfung auf die Server externer Anbieter hoch geladen werden darf. Die Plagiatsprüfung stellt keine Zurverfügungstellung für die Öffentlichkeit dar.

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: John von Neumann

Abb. 2: Komponenten Von-Neumann-Architekturs

Abb. 3: Ablauf Befehlsverarbeitung

Abb. 4: Multi-Core-Architektur

Abb. 5: Befehlsverarbeitung mit/ohne Befehlspipelining

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Seit nun mehr als 60 Jahren basieren nahezu alle seit dieser Zeit entwickelten Prozessorarchitekturen auf dem von-Neumann-Rechnermodell. John von Neu­mann entwarf dieses Referenzmodell bereits im Jahre 1946 und gilt daher als Pionier im Thema Rechnerarchitektur.

Das Konzept beinhaltet bis heute die Grundlage weiterentwickelter Computer­systeme und ist auch grundlegend in modernen Multi-Core-Prozessoren zu fin­den. Nach einer kurzen Vorstellung von John von Neumann, wird das theoreti­sche Konzept, das aus den wesentlichen Bestandteilen der von-Neumann- Architektur, dem Speicher, dem Leitwerk, dem Rechenwerk und der Ein- und Ausgabeeinheit besteht, aufgezeigt. Anschließend wird dessen technische Rea­lisierung anhand eines modernen Multi-Core-Prozessors beschrieben.

Ein Fazit beendet die Seminararbeit.

2. Vorstellung: John von Neumann

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: John von Neumann (Quelle: www.hohse.de/flo/referat/bilder/neumann.jpg)

Janos von Neumann zu Margitta, bekannt als John von Neumann, wurde 1903 in Budapest geboren. Bereits in seiner Kindheit zeigte er überdurchschnittliche Intelligenz und konnte im Alter von sechs Jahren achtstellige Zahlen im Kopf dividieren. Er besuchte das deutschsprachige Lutheraner Gymnasium in Buda­pest und fiel damals schon wegen seiner hervorragenden Kenntnisse in Ma­thematik auf. Nebst einem angefangenen Studium des Chemieingenieurwesens galt von Neumanns Interesse stets der Mathematik. Er besuchte daher regel­mäßig Mathematikkurse und war 1923 bis 1926 als Mathematiker und Physiker jüngster Privatdozent der Berliner Universität.

Von Neumann gilt als einer der Väter der Informatik. Nach ihm wurde die so genannte von-Neumann-Architektur, auch von-Neumann-Rechner, benannt (vgl. Heims, 1982, S.17).

Ab 1949 leitete er am Institute for Advanced Study in Princeton ein eigenes Computerprojekt, durch das er seine Ideen verwirklichen konnte.

Von Neumann starb am achten Februar 1957 im Alter von 53 Jahren in Wa­shington D.C., USA.

3. Grundkonzept: Von Neumann

Um die von-Neumann-Architektur richtig darstellen zu können, bedarf es zwei wesentlicher Teilkonzepte, das der Architektur des Rechnermodells sowie das des Ablaufkonzepts eines Programms.

3.1 Architektur des Von-Neumann-Rechnermodells

Im Wesentlichen besteht das vorliegende Modell aus drei Komponenten, der CPU, dem Speicher und der I/O Einheit, die über ein Bussystem miteinander verbunden sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Komponenten Von-Neumann-Architektur (Siemers, 2004, S.15)

Während das Steuerwerk Anweisungen eines Programms interpretiert und für die Befehlsabfolge verantwortlich ist, führt das Rechenwerk Rechenoperationen und logische Verknüpfungen aus.

Beide sind Bestandteile der Zentraleinheit, die über ein Verbindungssystem, dem so genannten Bussystem, direkt mit der Speicher- und I/O Einheit verbunden ist. Über dieses werden zwischen Steuerwerk und Speicher Programme und Daten ausgetauscht, die über das Steuerwerk interpretiert und über das Rechenwerk verarbeitet werden. Der Speicher besteht aus Plätzen fester Wortlängen, die sich mit Hilfe einer festen Adresse ansprechen lassen (vgl. Siemers, 1999, S.57). Jede Informationseinheit hat eine eindeutige Adresse im Speicher. Die I/O Einheit ist für die Steuerung der Ein- und Ausgabe von Daten zum Anwender (Monitor) bzw. zu anderen Systemen (via Schnittstellen) verantwortlich. Ein großer Vorteil dieser Architektur ist es, dass die Struktur des Rechners von dem zu bearbeitenden Problem unabhängig ist. Die Anpassung an die Aufgabenstellung für jedes neue Problem erfolgt durch Speicherung eines eigenständigen Programms in der Speichereinheit. Dieses Konzept wird auch als so genanter programmgesteuerter Universalrechner bezeichnet.

3.2 Programmablaufkonzept des von-Neumann-Rechner

Das Programmablaufkonzept besteht aus zwei Komponenten, der Speicherung von Daten und Programmen, das aus einer Sequenz von Befehlen besteht sowie dem Prinzip der sequentiellen Programmausführung.

Das Speichern erfolgt in einem RAM Speicher mit linearem Adressraum. Durch ein spezielles Befehls-Adressregister, dem so genannten Befehlszähler, wird auf den nächsten auszuführenden Befehl gezeigt.

Die abzuarbeitenden Befehle, die aus einer Ansammlung von Informationseinheiten bestehen, werden ständig aus einer Speicherzelle gelesen und ans Steuerwerk weitergeleitet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Ablauf Befehlsverarbeitung (www.kreissl.info)

[...]

Ende der Leseprobe aus 13 Seiten

Details

Titel
Klassischer Universalrechner - Einblick in John von Neumanns Grundkonzept
Hochschule
FOM Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, Nürnberg früher Fachhochschule
Veranstaltung
Betriebsinformatik
Note
1,3
Autor
Jahr
2009
Seiten
13
Katalognummer
V154959
ISBN (eBook)
9783640683796
ISBN (Buch)
9783640684366
Dateigröße
575 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Klassischer, Universalrechner, Einblick, John, Neumanns, Grundkonzept
Arbeit zitieren
Patrick Seifert (Autor), 2009, Klassischer Universalrechner - Einblick in John von Neumanns Grundkonzept, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/154959

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