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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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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
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
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
Architektur (Konzept) Konzept der Von Neumann Architektur • universeller Rechner (theoretisch alle Probleme lösen) • Aufbau
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).
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.
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.)
Nachteile Von Neumann Flaschenhals • Anbindung CPU – RAM • CPU Taktraten – RAM bzw. BUS Taktraten • Abhilfe -> Datencaches L1 – L3
Praktischer Teil – Papiercomputer / KnowHow Computer Papiercomputer / KnowHow Computer • wird handisch durchgemacht -> heißt ja Papiercomputer ;-) • Viel Spaß damit!