PDF-Version - am Institut für Baustatik

4 Aufbau und Betrieb von Computern
4.1 von-Neumann-Computer
Der technische Aufbau eines Computers, die sogenannte Rechnerarchitektur, bestimmt maßgeblich
Leistungsfähigkeit (absolute Rechenleistung), Effizienz (relative Rechenleistung bzgl. der
Hardwarekosten), Ökonomie (z.B. direkter Speicherzugriff) und die Kosten für ein lauffähiges System.
Grundsätzlich unterscheidet man zwei typische Rechnerarchitekturen: die von Neumann-Architektur
und die Ein Rechner besteht aus Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher, Ein- und Ausgabewerk
(Schnittstellen);
Eingabewerk Arbeitsspeicher Ausgabewerk
Rechenwerk
Steuerwerk
Steuersignal
Datensignal
• das Rechensystem ist unabhängig vom Problem, das darauf abgearbeitet werden wird. Sollen
verschiedene Aufgaben auf einem Rechensystem gelöst werden, so geschieht dies durch
Austausch des Programms;
• Befehle (Rechneranweisungen) und Operanden (z.B. Konstante bzw. Variablen) sind im selben
Speicher untergebracht;
• die Programmausführung erfolgt durch das sequentielle Abarbeiten der Befehle im Speicher.
Sprungbefehle zur Abweichung von der gespeicherten Reihenfolge der Befehle sind möglich.
Die wesentliche Eigenschaft des von Neumann-Rechners ist, daß sich Befehle und Operanden
denselben Speicherraum teilen. Zur Befehlsausführung sind in der Regel zwei Speicherzugriffe
notwendig. Dagegen stellt die Harvard-Architektur für Befehle und Operanden getrennte Speicher und
Busse zurVerfügung, Befehl und Operand können gleichzeitig geladen werden. Dadurch wird die
Rechenleistung enorm gesteigert. Allerdings steigt der technische Aufwand stark an, weshalb die
Harvard-Architektur nur selten eingesetzt wird.
4.2 Funktion der Komponenten
Der Arbeitsspeicher dient dem temporären Halten von Daten und Programmen. Das Steuerwerk holt
zur Ausführung eines Programmes Befehl für Befehl aus dem Speicher und stößt das Rechenwerk an.
Weiter veranlaßt es den Speicher, je nach Befehl, Operanden dem Rechenwerk zuzuführen und
ergebnisse in den Speicher zurückzuschreiben. Ein- und Ausgabewerk werden ebenfalls vom
Steuerwerk gesteuert. Das Rechenwerk führt die konkreten Operationen aus, die zu einem Befehl
gehören. Rechenwerk und Steuerwerk zusammen nennt man Prozessor oder auch CPU (Central
Processing Unit).
Die Komponenten Prozessor, Speicher und periphere Geräte eines Computers können über eine Art
„Sammelschiene“, genannt Systembus oder kurz Bus, gekoppelt werden:
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