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Der Neumann-Rechner

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).

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Presentation Transcript

  1. Der Neumann-Rechner

  2. 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)

  3. Biographie von John von Neumann

  4. Biographie 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

  5. 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

  6. 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

  7. Der Von Neumann Rechner Architektur und Struktur

  8. Die Von Neumann Architektur 1946 von John Von Neumann vorgestellt Universeller Rechner für technische, wissenschaftliche und kommerzielle Anforderungen Heutige Rechner basieren auf Neumann- Struktur

  9. Die Von Neumann Architektur Von Neumann Rechner ist nach folgenden Prinzipien aufgebaut : Steuerwerk Rechenwerk Speicher Eingabewerk und Ausgabewerk

  10. 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

  11. Die Von Neumann Architektur Aufeinanderfolgende Befehle eines Programms werden in aufeinander folgende Speicherzellen abgelegt Durch Sprungbefehle kann von der Reihenfolge der Speicherzellen abgewichen werden

  12. 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...

  13. 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

  14. Die allgemeine Struktur Eingabewerk Speicher Ausgabewerk Rechenwerk Steuerwerk

  15. Der Speicher Der Speicher

  16. Der Speicher

  17. Das Steuerwerk Das Steuerwerk

  18. Das Steuerwerk Speicher (Daten) Befehlsregister Operationsteil Adressteil Befehlszählregister +1 Decodierer Adressberechnung Mikroprogramm- einheit Rechenwerk Eingabe/ Ausgabe Speicher (Adresse)

  19. Der Datenbus • Verbindet die Einheiten • Vereinfachung der Verdrahtung • Mehrere Geräte an einem Bus Der Datenbus

  20. Rechenlogik (ALU) Datenbus Das Rechenwerk Erster Operand Zweiter Operand Akkumulator Ablaufsteuerung • Ergebnis = 0 • Ergebnis < 0 • Ergebnis > 0 • Überlauf

  21. Eingabe-/Ausgabewerk • 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

  22. 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

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