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Der Neumann-Rechner. Gliederung. Biographie John von Neumann (fertig) Der von Neuman Rechner (fast) Allgemeine Architektur (fast) Der Speicher (halb) Das Steuerwerk (fehlt) Der Datenbus (halb) Das Rechenwerk (fehlt) Eingabe/Ausgabewerk (fertig) Von-Neumann-Flaschenhals (fertig). - PowerPoint PPT Presentation
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Der Neumann-Rechner
Gliederung
1. Biographie John von Neumann (fertig)
2. Der von Neuman Rechner (fast)
1. Allgemeine Architektur (fast)
2. Der Speicher (halb)
3. Das Steuerwerk (fehlt)
4. Der Datenbus (halb)
5. Das Rechenwerk (fehlt)
6. Eingabe/Ausgabewerk (fertig)
7. Von-Neumann-Flaschenhals (fertig)
Biographie von John von Neumann
• Geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest
• 1914 besuch des humanistische Lutheraner-Gymnasium
• 1921 beendete von Neumann seine Schulzeit
• 1923 Wechsel zur Eidgenössischen Technischen Hochschule
Biographie John von Neumann
• 1925 veröffentlichte er seine Doktorarbeit • 1926 erhielt er in Budapest seinen Doktortitel
in Mathematik • 1933 wurden einige hundert jüdische
Akademiker von den deutschen Universitäten verwiesen
• gab er seine Stellung in Berlin auf und zog nach New Jersey
• April 1933 stellte von Neumann den Antrag zur Einbürgerung in die USA
• 1937 Bewerbung als Reserveleutnant in der Artillerie der amerikanischen Armee
Biographie John von Neumann
• 1943 Manhattan Projekt• 8. Februar 1957 starb J. von Neumann in
Washington D.C.
Einer der genialsten und vielseitigsten Mathematiker des 20. Jahrhunderts
Biographie John von Neumann
Der Von Neumann Rechner
Architektur und Struktur
Die Von Neumann Architektur
• 1946 von John Von Neumann vorgestellt
• Universeller Rechner für technische, wissenschaftliche und kommerzielle Anforderungen
• Heutige Rechner basieren auf Neumann- Struktur
Die Von Neumann Architektur
• Von Neumann Rechner ist nach folgenden Prinzipien aufgebaut :
- Steuerwerk
- Rechenwerk
- Speicher
- Eingabewerk und Ausgabewerk
Die Von Neumann Architektur
• Um Probleme lösen zu können, muss ein Programm installiert sein
• Programme, Daten, Zwischen- und Endergebnisse werden im Speicher abgelegt
• Der Speicher ist in Zellen unterteilt und durchnummeriert und kann nur durch Nummernkombinationen (Adresse) abgerufen werden
Die Von Neumann Architektur
• Aufeinanderfolgende Befehle eines Programms werden in aufeinander folgende Speicherzellen abgelegt
• Durch Sprungbefehle kann von der Reihenfolge der Speicherzellen abgewichen werden
Die Von Neumann Architektur
• Es gibt folgende Befehle :- Arithmetische Befehle (Addieren,
Multiplizieren...)- Logische Befehle (Vergleiche, logisches NICHT,
UND, ODER) - Transportbefehle (vom Speicher zum
Rechenwerk und Ein- Ausgabe)- Bedingte Sprünge- Sonstiges wie schieben, unterbrechen, warten...
Die Von Neumann Architektur
• Alle Daten (Befehle, Adressen) werden binär codiert. Geeignete Schaltwerke im Steuerwerk oder woanders sorgen für die richtige Entschlüsselung (Decodierung)
Die Rechenarchitektur des Von Neumann Rechners fällt in das Schema der
SISD- Architektur
Die allgemeine Struktur
Eingabewerk Speicher Ausgabewerk
Rechenwerk
Steuerwerk
Der Speicher
Der Speicher
Der Speicher
Das Steuerwerk
Das Steuerwerk
Das
Steuerwerk
Befehlsregister
Operationsteil Adressteil
Decodierer
Mikroprogramm-einheit
Befehlszählregister +1
Adressberechnung
Speicher (Daten)
Rechenwerk Eingabe/Ausgabe
Speicher(Adresse)
Der Datenbus• Verbindet die Einheiten• Vereinfachung der Verdrahtung
– Mehrere Geräte an einem Bus
Der Datenbus
Datenbus
Akkumulator
Zweiter Operand
Ablaufsteuerung
Rechenlogik(ALU)
Erster Operand
• Ergebnis = 0• Ergebnis < 0• Ergebnis > 0• Überlauf
Das Rechenwerk
•die Logik, die den Computer mit „draußen“ verbindet
•Draußen = nicht zu dem VNR-Konzept gehörend
•Heute:•Prozessor, Rechenwerk und Steuerwerk, Northbridge mit RAM
•Alles ab der Southbridge = Eingabe-/Ausgabewerk
•z.B. die Grafikkarte liegt schon „draußen“
•Zum Ein-/Ausgabewerk gehören z.B. PCI-Bus, SCSI-Interface und parallele und serielle Schnittstellen.
Eingabe-/Ausgabewerk
Eingabe-/Ausgabewerk
Der Neuman-Flaschenhals•Engpass zwischen Prozessor und dem Speicher
•Früher:
•CPU = langsamste Einheit im PC•Datenbereitstellung erfolgte schneller als Datenverarbeitung
•Heute:
•CPU = schnellste Einheit im PC•Datenbereitstellung dauert länger als Datenverarbeitung
•Folge:
•Hauptspeicher und Bussystem bestimmen die Arbeitsgeschwindigkeit des gesamten Systems
Der Neuman-Flaschenhals