Ein Von-Neumann-Rechner ist ein Computersystem, welches nach der von John von Neumann entworfenen Von-Neumann-Architektur aufgebaut ist. Die meisten heute verwendeten Computer arbeiten nach diesem Prinzip.
Komponenten der Von-Neumann-Architektur
Ein Von-Neumann-Rechner besteht immer aus den folgenden Komponenten mit den entsprechenden Funktionen.
Prozessor, Zentraleinheit
übernimmt die Ablaufsteuerung und Ausführung der Befehle. Zu ihm gehören Steuerwerk und Rechenwerk.
Steuerwerk
Interpretiert die Maschinenbefehle und erzeugt Steuerkommandos für andere Komponenten
Rechenwerk
ALU (arithmetic logical unit) führt alle Befehle aus, bis auf Ein-/Ausgabe- und Speicherbefehle
Ein-/Ausgabesystem
Schnittstelle des Rechners nach außen für die Ein-/ Ausgabe von Programmen und Daten
Speicher
nimmt das Programm auf, welches später vom Prozessor abgearbeitet werden soll
Verbindungseinrichtungen
Dazu gehören die Bussysteme wie Adressbus, Datenbus und Steuerleitungen
Charakteristik der Von-Neumann-Architektur
Zu jedem Zeitpunkt führt die CPU nur einen Befehl aus, und dieser kann höchstens einen Datenwert erarbeiten.
Code und Daten stehen ohne Unterscheidung im selben Speicher. Es existiert keine speichertechnische Maßnahme, um sie vor ungerechtfertigtem Zugriff zu schützen.
Der Speicher ist unstrukturiert und wird linear adressiert. Die Interpretation eines Speicherinhaltes hängt nur vom aktuellen Kontext des laufenden Programms ab.
Vor-/ Nachteile der Von-Neumann-Architektur
Vorteile:
– minimaler Hardwareaufwand
– minimaler Speicheraufwand
Nachteile:
– Prozessor arbeitet schneller als er mit Daten und Befehlen versorgt werden kann
– Hauptengpass ist die Verbindungseinrichtung zwischen Hauptspeicher und CPU, der sogenannte Von-Neumann-Flaschenhals
– Daten und Befehle müssen durch den Von-Neumann-Flaschenhals
– Geringe Datenstrukturierung
Harvard-Architektur
Die Harvard-Architektur ist eine Variante der Von-Neumann-Architektur.
Unterschiede der Harvard- zur Von-Neumann-Architektur:
– getrennter Speicher für Daten und Programmcode
– jeder Speicher hat eigene Verbindungseinrichtungen (Daten-/ Adressbus), dadurch ist der Von-Neumann-Flaschenhals etwas entschärft.