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IFDO03 Was ist die Von-Neumann Architektur?
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 59 Zeilen
- Hallo zu dieser dritten Folge von Informatik für die Oberstufe oder IFD und diesmal geht's um die von Neumann Architektur. Wir hatten ja letzte mal
- erstmal so ganz grob überhaupt geguckt, was ist unserem PC ungefähr so drin und diesmal wird's jetzt ein bisschen konkreter, indem wir uns anschauen, was
- ist auch das Konzept von diesem Berechnen. Wie berechnen wir Dinge, wie laufen Dinge technisch auf einer sehr tiefen Ebene im Computer ab. Da müssen
- wir jetzt auch ein bisschen zurückgreifen zeitlich. Und zwar sind wir jetzt quasi 1945 und da kommt eben der John von
- Neumann auf die Idee, dass man vielleicht Computerprogramme und die zu verarbeitenden Daten imselben Speicher ablegen kann. Das ist jetzt nicht ganz
- korrekt dahingehend, dass einige Ideen steht das auch im nächsten Abschnitt noch schon vorher durch Konrad Zuse beschrieben wurden. Stichwort Z1, falls
- jemandem was sagt, aber trotzdem richtig umgesetzt wurde es dann von John von Neumann. Das Revolutionäre an der Stelle ist, dass die üblichen Rechenmaschinen,
- das was man vorher hatte, musste konkret für ein Objekt gebaut werden. Man musste Rechenmaschinen für einen bestimmten Zweck bauen und sie vielleicht dann noch
- mit Lochkarten programmieren. Das Neue ist jetzt, dass wir sowas wie wie Programme haben, dass wir Programme in einen Speicher laden können, um sie
- abzuarbeiten. Mit anderen Worten, es ist jetzt möglich verschiedene Programme unter derselben Hardware Architektur ablaufen zu lassen, dass wir also, was
- wir heute so verständlich tun, wir fahren ein Rechner hoch und starten dann an diesem PC verschiedene Programme. Das wäre vor diesem Schritt 1945 in den Fall
- oder eben Z1, das war dann 1934 oder sowas in den Dreh gar nicht denkbar gewesen und deswegen ist das wirklich ein ganz ganz wichtiger Schritt
- dieses Konzept für die heutige Technologie und das schauen wir uns mal ein bisschen vereinfacht allerdings auf einer tiefenebene an. Und zwar haben wir
- ein Eingabewerk, da kommen wir jetzt eben Daten an, die werden dort eingeführt in das System. Dann haben wir ein Speicherwerk hier. Ganz wichtig, was
- ich gerade gesagt habe, die die Hauptneuerung oder eine der Hauptneuerungen in diesem Speicherwerk befinden sich Daten und das zu
- bearbeitende Programm. Das heißt, hier steht jetzt auch gleicher gleichermaßen drin, was überhaupt passieren soll. Das ist ganz wichtig und ganz neu gewesen zu
- dem Zeitpunkt. Und dann kommen wir zu dem Ausgabewerk. Das heißt, Daten werden jetzt hier, die irgendwie bearbeitet wurden
- zwischendurch, wurden ausgegeben oder werden jetzt ausgegeben. Aber jetzt haben wir ja so eine Art Pipeline, die jetzt so abläuft, aber wie soll das
- überhaupt passieren? Da wird da jetzt nichts dran geregelt. Genau, fehlt noch was. Da fehlt nämlich das, was wir heutzutage gemeinhin als CPU kennen,
- also als Central Processing Unit. So ein kleiner häufig viereckiger Kasten, der auf dem Motherboard sitzt und der hat im Prinzip zwei wichtige Komponenten. Heute
- viel viel mehr, aber es geht ja gerade um die grundlegende Theorie. Wir haben ein Steuerwerk und ein Rechenwerk. Das Rechenwerk oder auch Alu genannt oder
- davon gibt's mittlerweile sehr sehr viele auf Prozessoren, aber wie gesagt hier vereinfacht dargestellt können wir sagen, ist das Objekt was rechnet. Jetzt
- habe ich hier ein Taschenrechner neben abgebildet. Der Taschenrechner ist im Vergleich zu dem ein zu einer einzelnen Alu schon unglaublich komplex. Also,
- wenn man das jetzt sich mal konkret vorstellen wollte, hätten vielleicht bei dem Rechenwerk, wenn überhaupt nur Blockhütte oder ich würde eher sagen
- eine Kiste in einer Blockhütte und der Taschenrechner ist das Empire State Building. Von der Komplexität her das Rechenwerk ist ganz ganz simpel, viel
- viel simpler als einfacher Taschenrechner. Das ist das, was in den Prozessor oder einem Rechner rechnet. Dann haben wir das Steuerwerk. Das
- Steuerwerk ist wie ein kleiner General, der jetzt das alles überwacht und dafür zuständig ist, die einzelnen Objekte zu steuern. der sagt jetzt, was passieren
- soll, ob was geladen werden soll, ob was berechnet werden soll und so weiter. Und deswegen haben wir auch viele Steuerleitungen vom Steuerwerk zu den
- ganzen einzelnen Werken wie dem Eingabewerk, Speicherwerk, Ausgabe. Das ist im Prinzip schon die ganze von Neuman Architektur, die wir jetzt
- durchgesprochen haben. Und jetzt werde ich einfach mal das Ganze durchspielen und sagen, hier dieses kleine Objekt von meinem Kanal, das Logo sind jetzt Daten,
- die wir jetzt in der Eingabe haben. Genau genommen ist das jetzt ein bisschen unkon, weil eigentlich haben wir natürlich einen Datenstrom mit 001
- Einsen, der jetzt irgendwie verarbeitet wird, aber da wir auch noch gar nicht übers Binärsystem gesprochen haben, vereinfachen wir das Ganze jetzt. Wir
- haben jetzt irgendwie Daten, die kommen jetzt an und diese Daten sind jetzt dieses Kanallogo. Die werden jetzt ins Eingabewerk oder sind jetzt im
- Eingabewerk und jetzt sagt unser General im Steuerwerk, das wollen wir laden. Also ab ins Speicherwerk damit. Jetzt werden die Sachen ins Speicherwerk
- verschoben. Nun sorgt eben der General dafür, dass diese Objekte vom Rechenwerk weiter bearbeitet werden. Dafür werden die jetzt eigentlich nicht direkt
- kopiert, aber ich habe es jetzt mal äh zur Visualisierung aufs Rechenwerk geschoben. Jetzt arbeitet das Rechenwerk damit und kann z.B. die Daten irgendwie
- modifizieren. Und am Fall drehen wir da unser Slog 90°. Soll jetzt heißen Daten sind modifiziert und Speicherwerk kümmert sich wieder um den Rest. Die
- liegen jetzt modifiziert im Speicherwerk. Nun werden die Daten aufs Ausgabewerk verschoben, also sie werden quasi aus dem Speicher geladen und
- befinden sich im Ausgabewerk und befinden sich im Ausgabewerk, womit unser Zyklus quasi jetzt durchlaufen ist. Wir haben also
- die Daten jetzt geladen, damit was gemacht und sie wieder ausgegeben. Vorschrift, die von dem General ausgeführt wurde, lag jetzt
- gleichermaßen Auspeicher, quasi das Programm. Das Programm hat jetzt gesagt, dass wir dieses Datenobjekt um 90° drehen sollen in dem Beispiel. Aber wie
- gesagt, da wir uns noch gar nicht so konkret mit Binär Daten beschäftigt haben, soll das erstmal auf dieser Abstraktionsebene reichen und ich denke,
- es ist auch noch relativ eingängig, was hier überhaupt passiert ist und wie die einzelnen Komponenten überhaupt zusammenarbeiten. Das ist das Wichtige
- an der Stelle. Speicherwerk, Rechenwerk, Steuerwerk, wenn man die Sachen drauf hat, hat man das Wichtiges schon verstanden. Zusammenfassend können wir
- sagen, es gibt ein paar wichtige Eigenschaften und zwar, dass die Struktur des Rechners nicht mehr abhängig vom zu lösenden Problem ist.
- Wir können beliebige Probleme oder fast beliebige Probleme auf einem solchen Rechner lösen. Dann haben wir schon gesagt, für
- Daten, Programme und Resultate, also auch das, was nachher rauskommt, wird derbe Speicher benutzt. Heute, ich habe schon mal angesprochen im letzten Video,
- wir haben diesen RAM, das Kurzzeitgedächtnis, alles was wir im Computer machen, muss in den RAM geladen werden. Jetzt kann man sich schon mal
- überlegen, was passiert. Manchmal hört man das. Ich musste meinen RAM aufrüsten, weil der war immer voll. Das ist gar nicht gut, wenn man sich mal
- bei so überlegt, weil wenn Daten, Programme und Resultate alle im RAM liegen müssen, damit wir damit arbeiten und jetzt stellen wir uns vor, das ist
- voll, dann ist es überhaupt nicht gut. Trotzdem können wir dann weiterarbeiten. Da muss eigentlich ein bisschen getrix werden, was wir vielleicht noch mal
- später sehen werden. Und von der ursprünglichen Programmfolge kann durch Sprungbefehle abgewichen werden. Das auch eine wichtige Eigenschaft. Das
- heißt, wir können uns im Programm bewegen und wir können eben mit Sprungbefehlfehlen in dem Code hin und her springen. In den einzelnen
- Ausführungen können wir uns bewegen und schlussendlich Daten werden binär codiert. Das heißt, dass sie eben in binärer Reibweise vorliegen. Sehen wir
- im, ich glaube sechsten Video, was das eigentlich heißt. So viel erstmal zur von Neumannchektur. Ich hoffe, ich habe euch nicht direkt verloren und ihr
- konntet noch ein bisschen folgen. Wenn nicht, könnt ihr auch gerne natürlich Fragen stellen in den Kommentaren. Ich werde dann versuchen drauf zu antworten.
- Ansonsten geht's im nächsten Video weiter mit was sind Wahrheitstafeln. Brauchen wir jetzt demnächst, wenn wir ein bisschen Digitaltechnik anschneiden
- durch Gatter. Da muss man vorher wissen, was eine Wahrheitstafel ist. Das machen wir im nächsten Video. Ist eine ganz kurze Geschichte, aber wird schon
- werden.
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ComputerEin Computer (englisch; deutsche Aussprache [kɔmˈpjuːtɐ]) oder Rechner ist ein Gerät, das mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeitet.