Читать книгу ICT-Virtualisierung - Johann Widmer - Страница 12

Die drei Verfasser dieses Reports haben sich zum Ziel gesetzt, eine Maschine zu beschreiben, die im wesentlichen jede Rechenaufgabe lösen kann.

Die Rechenaufgabe besteht aus Anweisungen (Befehlen) und Daten (z.B. die zu berechnenden Zahlenwerte). Sie soll vom Benutzer über eine Ein- / Ausgabe-Schnittstelle in ein Speicherwerk eingelesen und von dort einem Rechenwerk zugeführt werden können.

Das Rechenwerk soll die notwendigen Rechenoperationen (z.B. plus und minus), logische Verknüpfungen (z.B. AND, OR) und Transformationen (z.B. Dezimal-Komma verschieben, Runden) ausführen.

Ein Steuerwerk (Leitwerk) soll den Ablauf der Anweisungen überwachen und steuern. Sowohl die Rechenanweisungen (Programme) wie auch die Ein- und Ausgabedaten sind in einem Speicherwerk eingelagert und können nach Bedarf ein- oder ausgelesen werden.

Die 4 wesentlichen Grundelemente der „von Neumann“-Rechenmaschine sind:

 das Rechenwerk, zuständig für arithmetische, logische und transformierende Operationen. (ALU, Arithmetic Logic Unit)

 das Steuerwerk, zuständig für die Kontrolle und den Ablauf der binär verschlüsselten Anweisungen (Befehle). Die Anweisungen (Befehle) werden sequentiell (nacheinander) abgearbeitet. Die Kontrollkomponente ist für die Abarbeitung der Anweisungen (Befehle) verantwortlich. (CU, Control Unit)

 das Speicherwerk, zuständig für die Speicherung der Daten und Programme. Anweisungen (Befehle) und Daten befinden sich gemeinsam im Speicher. (MU, Memory Unit)

 das Ein - / Ausgabewerk, zuständig für die Kommunikation mit dem Benutzer, respektive mit den Peripheriegeräten, wie z.B. Drucker oder Tastaturen und Bildschirme. Es dient der Ein- und Ausgabe von Anweisungen und Daten. (IOU, Input Output Unit)

Das Steuer- und Rechenwerk werden unter dem Begriff „Prozessor“ zusammengefasst.

Alle 4 Werke (Steuer-, Rechen-, Speicher- und Ein- / Ausgabewerk) bilden zusammen die Zentraleinheit eines Computers. Diese Zentraleinheit wird in Englisch CPU, central processing unit genannt. Bild 2 zeigt eine Rechenmaschine nach von Neumann.

Aus praktischen Gründen wird heute das Rechen- und Steuerwerk in einem Prozessor zusammengefasst4 und das Speicherwerk bestehend aus ROM (Read Only Memory) und RAM, (Random Access Memory) in separaten Chip untergebracht.

Der Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Elementen der von Neumann Maschine geschieht über interne Datenleitungen. Diese nennt man „Bus“. Damit sich die Steuersignale, die Daten und Befehle sowie die Speicheradressen nicht in die Quere kommen, werden keine direkten Datenleitungen verwendet, sondern getrennte Busse. Diese Busse heissen, den transportierten Datenarten entsprechend, Adressbus, Steuerbus und Datenbus. In Bild 2 sind die Busse gezeigt und es ist ersichtlich, welche Elemente in welchen Richtungen mit den Bussen kommunizieren.