Der Computer als System
Der Computer als System
Der von Neumann Computer
John von Neumann beschrieb 1945 das Konzept eines Rechners. Diese sogenannte von-Neumann-Architektur ist bis heute Grundlage für die Arbeitsweise der heutigen Computer. Ein von-Neumann-Rechner beruht auf folgenden Komponenten:
- ALU (Arithmetic Logic Unit) (Rechenwerk): führt Rechenoperationen und logische Verknüpfungen durch.
- Control Unit (Steuerwerk oder Leitwerk): interpretiert die Anweisungen eines Programms und steuert die Befehlsabfolge.
- Memory (Speicherwerk): speichert sowohl Programme als auch Daten, welche für das Rechenwerk zugänglich sind.
- I/O Unit (Eingabe-/Ausgabewerk): steuert die Ein- und Ausgabe von Daten, zum Anwender (Tastatur, Bildschirm) oder zu anderen Systemen (Schnittstellen).
ALU und Control Unit werden zusammengefasst und als Central Processing Unit (CPU) oder auch als Prozessor bezeichnet. In der CPU werden Register vorgesehen, welche den Zustand der aktuellen Bearbeitung und lokale Daten zwischenspeichern. Typische Register sind der Befehlszähler (Programm Counter, PC), Stapelzeiger (Stack Pointer, SP) und Datenregister. In realen Rechnern erfolgt die physikalische Verbindung der CPU mit Speichern und Eingabe-/Ausgabegeräten über einen Systembus. Der Systembus unterteilt sich in einen Datenbus, Adressbus und Kontrollbus. Ferner enthält er Leitungen zur elektrischen Versorgung der Komponenten. Zum Datentransport werden Signale in einer spezifischen Reihenfolge auf den Bussen angelegt. Jede Busleitung darf zu einem Zeitpunkt nur eine treibende Einheit besitzen, die einen gültigen Logikpegel anlegt. Der Datenbus ist als bidirektionaler Bus angelegt, d.h. Daten werden auf dieser Leitung hin und her übertragen. Der Adressbus ist unidirektional, d.h. Daten gehen nur in eine Richtung.
Der im folgenden vorgestellte softwaremäßig gesteuerte Rechner besitzt folgende Register: PC (Programm Counter, Programmzähler), AX ((Akkumulator), BX (Basisregister), IR (Instruction Register, aufgeteilt in OP (Operation Register, Befehlsregister) und DR (Data Register, Datenregister). Neben einer ALU, die die Grundrechenarten beherrscht, besitzt er zwei Flags: SF (Sign-Flag, Vorzeichen-Flag) und ZF (Zero-Flag, Null-Flag). Eine Besonderheit ist das Einser-Register: damit kann auf dem Datenbus eine '1' generiert werden. Auf eine Input/Output-Einheit wurde in dieser Version verzichtet. Befehle werden als 4-Bit-Befehle ausgeführt. Die ersten zwei Bits bilden dabei den Operationscode und die zweiten zwei Bits den Operanden.
