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Workshop Computer als Registermaschine

Workshop Computer als Registermaschine. Stefan Mak Institut für Lehramt Informatik. Überblick. von Neumann Architektur (Theorieteil) Allgemeines Konzept Entwicklung Architektur Programmablauf Nachteile der Architektur Praxisteil Papiercomputer Simulation am Computer.

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Presentation Transcript

  1. Workshop Computer als Registermaschine Stefan Mak Institut für Lehramt Informatik

  2. Überblick • von Neumann Architektur (Theorieteil) • Allgemeines • Konzept • Entwicklung • Architektur • Programmablauf • Nachteile der Architektur • Praxisteil • Papiercomputer • Simulation am Computer

  3. Von Neumann Architektur (Allgemeines) John (Johann) von Neumann Architektur • österreichisch – ungarischer Mathematiker (1903 – 1958) • später in USA tätig • Referenzmodell (Aufbau des Computers) • Modell hat gemeinsamen Speicher, der Daten und Programmlogik enthält • Grundlage moderner Computer

  4. Architektur (Entwicklung) Entwicklung der Von Neumann Architektur • entwickelt im Jahre 1945 • revolutionär, da bisher alle Programme fest verdrahtet waren und somit „unveränderbar“ • ab nun konnten Programme dynamisch geändert werden, ohne Rechnerhardware zu ändern-> gewaltiger Fortschritt

  5. Architektur (Konzept) Konzept der Von Neumann Architektur • universeller Rechner (theoretisch alle Probleme lösen) • Aufbau

  6. Architektur (Komponenten) Komponenten der Von Neumann Architektur • ALU (ArithmeticLogic Unit) - Rechenwerk, auch Prozessor oder Zentraleinheit genannt, führt Rechenoperationen und logische Verknüpfungen durch. • Control Unit - Steuerwerk oder Leitwerk, interpretiert die Anweisungen eines Programms und steuert die Befehlsabfolge. • Memory - Speicherwerk speichert sowohl Programme als auch Daten, welche für das Rechenwerk zugänglich sind. • I/O Unit - Eingabe-/Ausgabewerk steuert die Ein- und Ausgabe von Daten, zum Anwender (Tastatur, Bildschirm) oder zu anderen Systemen (Schnittstellen).

  7. Programmprinzipien Prinzipien des gespeicherten Programms • Befehle sind in einem RAM-Speicher abgelegt. • Ein Befehls-Adressregister, genannt Befehlszähler oder Programmzähler, zeigt auf den nächsten auszuführenden Befehl. • Befehle können wie Daten geändert werden.

  8. Seq. Programmablauf Prinzipien des seq. Programmablaufs • Befehle werden aus einer Zelle des Speichers gelesen und dann ausgeführt. • Normalerweise wird dann der Inhalt des Befehlszählers um Eins erhöht. • Es gibt einen oder mehrere Sprung-Befehle, die den Inhalt des Befehlszählers um einen anderen Wert als +1 verändern. • Es gibt einen oder mehrere Verzweigungs-Befehle, die in Abhängigkeit vom Wert eines Entscheidungs-Bit den Befehlszähler um Eins erhöhen oder einen Sprung-Befehl ausführen. (IF, WHILE, etc.)

  9. Nachteile Von Neumann Flaschenhals • Anbindung CPU – RAM • CPU Taktraten – RAM bzw. BUS Taktraten • Abhilfe -> Datencaches L1 – L3

  10. Praktischer Teil – Papiercomputer / KnowHow Computer Papiercomputer / KnowHow Computer • wird handisch durchgemacht -> heißt ja Papiercomputer ;-) • Viel Spaß damit!

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