Überblick – EVAS und Von Neumann
Ob Smartphone, Spielkonsole oder Laptop: Von außen sehen Computer völlig unterschiedlich aus. Im Inneren folgen sie aber fast alle demselben Grundbauplan. Bevor wir uns diesen Bauplan genauer ansehen, beginnen wir mit einer ganz einfachen Beobachtung.
Das EVAS-Prinzip
Jede Datenverarbeitung – auch schon ein Taschenrechner – läuft nach demselben Muster ab:
- Eingabe: Daten gelangen in das System (du tippst
7 + 3). - Verarbeitung: Die Daten werden verarbeitet (es wird gerechnet).
- Ausgabe: Das Ergebnis wird ausgegeben (die Anzeige zeigt
10). - Speicherung: Daten und Zwischenergebnisse werden gespeichert (z. B. im Speicher des Rechners).
Das EVAS-Prinzip beschreibt also, was in einem datenverarbeitenden System passiert – nicht aber, wie es gebaut ist.
Ordne die Bauteile dem EVAS-Prinzip zu. (Ziehen oder antippen)
Die Von-Neumann-Architektur
1945 beschrieb der Mathematiker John von Neumann einen Bauplan, nach dem bis heute fast alle Computer arbeiten. Er besteht aus fünf Teilen:
CPU (Prozessor)
VerarbeitungseinheitSteuerwerk und Rechenwerk bilden zusammen den Prozessor – die wichtigste Komponente für die Datenverarbeitung. Moderne CPUs führen mehrere Milliarden Befehle pro Sekunde aus.
Mehr dazu →Tippe auf ein Bauteil im Bild.
- Die Ein- und Ausgabewerke ermöglichen die Interaktion mit dem Benutzer.
- Das Rechenwerk (Arithmetic Logic Unit, ALU) führt Befehle aus – z. B. „Addiere den Inhalt von Speicherstelle X zum Inhalt von Speicherstelle Y und speichere das Ergebnis in Speicherstelle Z“.
- Das Steuerwerk (Leitwerk, Control Unit, CU) holt Programmbefehle bzw. Daten aus dem Speicher und stellt sie dem Rechenwerk bereit. Es benutzt einen Befehlszähler, der die Nummer der Speicherstelle enthält, unter der der nächste Befehl zu finden ist.
- Im Speicherwerk befinden sich Programme und Daten. Es ist durchnummeriert – man kann z. B. feststellen, dass an der
Speicherstelle 305 das Datenelement
11011011steht. - Das Bus-System verbindet alle Teile. Über den Bus werden sämtliche Daten transportiert.
Rechenwerk und Steuerwerk bilden zusammen die CPU (Central Processing Unit), den Prozessor.
EVAS und Von Neumann im Vergleich
| EVAS-Prinzip | Von-Neumann-Architektur | |
|---|---|---|
| Aufbau | Eingabe-, Verarbeitungs-, Ausgabe- und Speichereinheit | Eingabewerk, Ausgabewerk, Speicherwerk, CPU |
| Verarbeitung | „Verarbeitungseinheit“ | CPU mit Rechenwerk (ALU) und Steuerwerk |
| Transport der Daten | nicht festgelegt | über einen gemeinsamen BUS |
| Programm | nicht festgelegt | Programm und Daten im selben Speicher |
Das EVAS-Prinzip ist also die grobe Idee, die Von-Neumann-Architektur der konkrete Bauplan.
Die Kernidee: das gespeicherte Programm
Die ersten Großrechner wie der ENIAC (1945) wurden für jede neue Aufgabe umverdrahtet – mit Kabeln und Schaltern. Das dauerte Tage. Von Neumanns Idee war genial einfach:
Damit ist die zentrale Frage dieses Lernpfads schon angedeutet: Woher weiß der Computer, was er tun soll? – Er holt sich seine Befehle, einen nach dem anderen, aus dem Speicher. Wie genau das funktioniert, sehen wir in den nächsten Kapiteln und später ganz konkret am Modellrechner Johnny.
Mehrere Antworten können richtig sein.
VertiefungWer war John von Neumann?
John von Neumann (1903–1957) war ein ungarisch-amerikanischer Mathematiker. Er arbeitete an Quantenmechanik, Spieltheorie und am Manhattan-Projekt. 1945 fasste er im „First Draft of a Report on the EDVAC“ die Ideen einer Gruppe um J. Presper Eckert und John Mauchly zusammen. Weil nur sein Name auf dem Bericht stand, trägt die Architektur heute seinen Namen – obwohl viele Ideen gemeinsam entwickelt wurden.