Tiny Johnny
Kapitel 10 · ca. 15 Minuten

Brücke zu Johnny

LeitfrageWie hilft uns ein vereinfachtes Modell, den Prozessor Schritt für Schritt zu verstehen?

Warum ein Modellrechner?

Ein echter Prozessor enthält Milliarden Transistoren, rechnet binär und erledigt einen Befehl in Bruchteilen einer Nanosekunde. Da kann man nicht „zuschauen“. Deshalb arbeiten wir mit Johnny, einem Simulator, der die Von-Neumann-Architektur so vereinfacht, dass jeder einzelne Schritt sichtbar wird.

Johnny wurde von Peter Dauscher entwickelt und ist ausdrücklich für die Bildung gedacht. Dafür wurden bewusst Vereinfachungen vorgenommen: vereinfachte Bus-Operationen, ein reduzierter Befehlssatz – und Johnny rechnet dezimal statt binär.

Was Johnny weglässt und vereinfacht

Schalte „Entsprechung bei Johnny zeigen“ ein und tippe die Bauteile an:

CPU – Aufbau (Modell)
Steuerwerk
Rechenwerk
Steuerwerk

Befehlszähler

Program Counter (PC): enthält die Adresse des nächsten auszuführenden Befehls – nicht den Befehl selbst. Nach jedem Befehl wird er erhöht, bei Sprüngen neu gesetzt.

Bei Johnny: Programmzähler
Reale CPU (Modell) Johnny Kürzel
Befehlszähler Programmzähler pc
Befehlsregister Befehlsregister, aufgeteilt in Opcode und Adresse ins
Befehlsdecodierer Mikroprogrammzähler mit Mikrocode mc
Datenregister Akkumulator acc
ALU Rechenwerk mit plus, minus, acc++, acc--, acc:=0 –
Statusregister nur die Anzeige „=0?“ –
Cache fehlt –
Arbeitsspeicher 1000 Speicherzellen (000–999) ram
Adressbus / Datenbus Adressbus (3 Stellen), Datenbus (5 Stellen) ab, db
Steuerbus steckt in den Mikrobefehlen (z. B. ram→db = lesen) –
Ein- und Ausgabewerk fehlen – man schreibt direkt in den Speicher –

Dezimal statt binär

Johnnys Speicherzellen enthalten keine Bitmuster, sondern fünfstellige Dezimalzahlen von 00.000 bis 19.999. Das macht Programme viel leichter lesbar. Die Zahl wird dabei in zwei Teile zerlegt:

01 . 010
Opcode – welcher Befehl? Adresse – mit welcher Zelle?

01.010 bedeutet also: Befehl 01 (TAKE) mit Zelle 010. Genau so funktioniert es auch in echten Prozessoren – nur mit Bits.

Welche Bauteile hat Johnny NICHT?

Mehrere Antworten können richtig sein.

Die Farben helfen dir

Auf dieser Website hat jedes Bauteil eine feste Farbe – im Von-Neumann-Modell genauso wie im Johnny-Simulator:

  • Blau – Speicher
  • Orange – Adressbus
  • Grün – Datenbus
  • Lila – Rechenwerk
  • Türkis – Steuerwerk