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Hardwarearchitektur

Das heute allgemein angewandte Prinzip, das nach seiner Beschreibung durch John von Neumann von 1946 als „Von-Neumann-Architektur“ bezeichnet wird, definiert für einen Computer vier Hauptkomponenten:.

• die Recheneinheit (Arithmetisch-Logische Einheit (ALU)),
• die Steuereinheit,
• den Speicher und
• die Eingabe- und Ausgabeeinheit(en).

In den heutigen Computern sind die ALU und die Steuereinheit meist zu einem Baustein verschmolzen, der so genannten CPU (Central Processing Unit, zentraler Prozessor).

.. Ein Charakteristikum der „Von Neumann-Architektur“ ist, dass diese Binärzahl (beispielsweise 65) entweder ein Teil der Daten sein kann (also zum Beispiel der Buchstabe „A“), oder ein Befehl für die CPU („Springe .Der Speicher ist eine Anzahl von durchnummerierten „Zellen“, jede dieser Zellen kann ein kleines Stück Information aufnehmen. Diese Information wird als Binärzahl, also einer Abfolge von ja/nein-Informationen, in der Speicherzelle abgelegt - besser vorzustellen als eine Folge von Nullen und Einsen.“).

Wesentlich in der Von-Neumann-Architektur ist, dass sich Programm und Daten einen Speicherbereich teilen (dabei belegen die Daten in aller Regel den unteren und die Programme den oberen Speicherbereich).

Harvard-Architektur Daten und Programmen eigene (physikalisch getrennte) Speicherbereiche zur Verfügung, dadurch können Daten-Schreiboperationen keine Programme überschreiben.Dem gegenüber stehen in der sog.

Wenn der Befehl zum Beispiel statt „Springe“ lauten würde „Lies Wert“, dann würde sie nicht den Programmzeiger verändern, sondern aus der in der Folge angegebenen Adresse einfach den Inhalt auslesen, um ihn dann beispielsweise an die ALU weiterzuleiten. Dann geht sie zur nächsten Speicherzelle, weil sie wissen muss, wohin sie springen soll. Man kann sich das so vorstellen, dass die Steuereinheit einen „Zeiger“ auf eine bestimmte Speicherzelle hat, in der der nächste Befehl steht, den sie auszuführen hat.In der Von-Neumann-Architektur ist die Steuereinheit dafür zuständig, zu wissen, was sich an welcher Stelle im Speicher befindet. Sie liest diesen aus dem Speicher aus, erkennt zum Beispiel „65“, erkennt dies als „Springe“. Sie liest auch diesen Wert aus, und interpretiert die Zahl als Nummer (so genannte Adresse) einer Speicherzelle. Dann setzt sie den Zeiger auf eben diese Speicherzelle, um dort wiederum ihren nächsten Befehl auszulesen; der Sprung ist vollzogen.

Die ALU hat die Aufgabe, Werte aus Speicherzellen zu kombinieren. Sie bekommt die Werte von der Steuereinheit geliefert, verrechnet sie (addiert beispielsweise zwei Zahlen, welche die Steuereinheit aus zwei Speicherzellen ausgelesen hat) und gibt den Wert an die Steuereinheit zurück, die den Wert dann für einen Vergleich verwenden oder wieder in eine dritte Speicherzelle zurückschreiben kann.

Die Ein-/Ausgabeeinheiten schließlich sind dafür zuständig, die initialen Programme in die Speicherzellen einzugeben und dem Benutzer die Ergebnisse der Berechnung anzuzeigen.