IFDO03 Was ist die Von-Neumann Architektur?
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https://www.youtube.com/watch?v=rx90uWaXh9A

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 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
0:08 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
0:16 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
0:25 wir jetzt auch ein bisschen zurückgreifen zeitlich. Und zwar sind wir jetzt quasi 1945 und da kommt eben der John von
0:33 Neumann auf die Idee, dass man vielleicht Computerprogramme und die zu verarbeitenden Daten imselben Speicher ablegen kann. Das ist jetzt nicht ganz
0:41 korrekt dahingehend, dass einige Ideen steht das auch im nächsten Abschnitt noch schon vorher durch Konrad Zuse beschrieben wurden. Stichwort Z1, falls
0:48 jemandem was sagt, aber trotzdem richtig umgesetzt wurde es dann von John von Neumann. Das Revolutionäre an der Stelle ist, dass die üblichen Rechenmaschinen,
0:55 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
1:04 mit Lochkarten programmieren. Das Neue ist jetzt, dass wir sowas wie wie Programme haben, dass wir Programme in einen Speicher laden können, um sie
1:12 abzuarbeiten. Mit anderen Worten, es ist jetzt möglich verschiedene Programme unter derselben Hardware Architektur ablaufen zu lassen, dass wir also, was
1:20 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
1:30 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
1:39 dieses Konzept für die heutige Technologie und das schauen wir uns mal ein bisschen vereinfacht allerdings auf einer tiefenebene an. Und zwar haben wir
1:47 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
1:56 ich gerade gesagt habe, die die Hauptneuerung oder eine der Hauptneuerungen in diesem Speicherwerk befinden sich Daten und das zu
2:03 bearbeitende Programm. Das heißt, hier steht jetzt auch gleicher gleichermaßen drin, was überhaupt passieren soll. Das ist ganz wichtig und ganz neu gewesen zu
2:12 dem Zeitpunkt. Und dann kommen wir zu dem Ausgabewerk. Das heißt, Daten werden jetzt hier, die irgendwie bearbeitet wurden
2:19 zwischendurch, wurden ausgegeben oder werden jetzt ausgegeben. Aber jetzt haben wir ja so eine Art Pipeline, die jetzt so abläuft, aber wie soll das
2:26 überhaupt passieren? Da wird da jetzt nichts dran geregelt. Genau, fehlt noch was. Da fehlt nämlich das, was wir heutzutage gemeinhin als CPU kennen,
2:33 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
2:44 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
2:52 davon gibt's mittlerweile sehr sehr viele auf Prozessoren, aber wie gesagt hier vereinfacht dargestellt können wir sagen, ist das Objekt was rechnet. Jetzt
3:00 habe ich hier ein Taschenrechner neben abgebildet. Der Taschenrechner ist im Vergleich zu dem ein zu einer einzelnen Alu schon unglaublich komplex. Also,
3:09 wenn man das jetzt sich mal konkret vorstellen wollte, hätten vielleicht bei dem Rechenwerk, wenn überhaupt nur Blockhütte oder ich würde eher sagen
3:16 eine Kiste in einer Blockhütte und der Taschenrechner ist das Empire State Building. Von der Komplexität her das Rechenwerk ist ganz ganz simpel, viel
3:24 viel simpler als einfacher Taschenrechner. Das ist das, was in den Prozessor oder einem Rechner rechnet. Dann haben wir das Steuerwerk. Das
3:31 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
3:40 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
3:47 ganzen einzelnen Werken wie dem Eingabewerk, Speicherwerk, Ausgabe. Das ist im Prinzip schon die ganze von Neuman Architektur, die wir jetzt
3:54 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,
4:02 die wir jetzt in der Eingabe haben. Genau genommen ist das jetzt ein bisschen unkon, weil eigentlich haben wir natürlich einen Datenstrom mit 001
4:08 Einsen, der jetzt irgendwie verarbeitet wird, aber da wir auch noch gar nicht übers Binärsystem gesprochen haben, vereinfachen wir das Ganze jetzt. Wir
4:15 haben jetzt irgendwie Daten, die kommen jetzt an und diese Daten sind jetzt dieses Kanallogo. Die werden jetzt ins Eingabewerk oder sind jetzt im
4:21 Eingabewerk und jetzt sagt unser General im Steuerwerk, das wollen wir laden. Also ab ins Speicherwerk damit. Jetzt werden die Sachen ins Speicherwerk
4:29 verschoben. Nun sorgt eben der General dafür, dass diese Objekte vom Rechenwerk weiter bearbeitet werden. Dafür werden die jetzt eigentlich nicht direkt
4:36 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
4:43 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
4:52 liegen jetzt modifiziert im Speicherwerk. Nun werden die Daten aufs Ausgabewerk verschoben, also sie werden quasi aus dem Speicher geladen und
5:00 befinden sich im Ausgabewerk und befinden sich im Ausgabewerk, womit unser Zyklus quasi jetzt durchlaufen ist. Wir haben also
5:08 die Daten jetzt geladen, damit was gemacht und sie wieder ausgegeben. Vorschrift, die von dem General ausgeführt wurde, lag jetzt
5:15 gleichermaßen Auspeicher, quasi das Programm. Das Programm hat jetzt gesagt, dass wir dieses Datenobjekt um 90° drehen sollen in dem Beispiel. Aber wie
5:24 gesagt, da wir uns noch gar nicht so konkret mit Binär Daten beschäftigt haben, soll das erstmal auf dieser Abstraktionsebene reichen und ich denke,
5:31 es ist auch noch relativ eingängig, was hier überhaupt passiert ist und wie die einzelnen Komponenten überhaupt zusammenarbeiten. Das ist das Wichtige
5:38 an der Stelle. Speicherwerk, Rechenwerk, Steuerwerk, wenn man die Sachen drauf hat, hat man das Wichtiges schon verstanden. Zusammenfassend können wir
5:44 sagen, es gibt ein paar wichtige Eigenschaften und zwar, dass die Struktur des Rechners nicht mehr abhängig vom zu lösenden Problem ist.
5:51 Wir können beliebige Probleme oder fast beliebige Probleme auf einem solchen Rechner lösen. Dann haben wir schon gesagt, für
5:58 Daten, Programme und Resultate, also auch das, was nachher rauskommt, wird derbe Speicher benutzt. Heute, ich habe schon mal angesprochen im letzten Video,
6:06 wir haben diesen RAM, das Kurzzeitgedächtnis, alles was wir im Computer machen, muss in den RAM geladen werden. Jetzt kann man sich schon mal
6:15 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
6:22 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
6:29 voll, dann ist es überhaupt nicht gut. Trotzdem können wir dann weiterarbeiten. Da muss eigentlich ein bisschen getrix werden, was wir vielleicht noch mal
6:36 später sehen werden. Und von der ursprünglichen Programmfolge kann durch Sprungbefehle abgewichen werden. Das auch eine wichtige Eigenschaft. Das
6:42 heißt, wir können uns im Programm bewegen und wir können eben mit Sprungbefehlfehlen in dem Code hin und her springen. In den einzelnen
6:49 Ausführungen können wir uns bewegen und schlussendlich Daten werden binär codiert. Das heißt, dass sie eben in binärer Reibweise vorliegen. Sehen wir
6:59 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
7:07 konntet noch ein bisschen folgen. Wenn nicht, könnt ihr auch gerne natürlich Fragen stellen in den Kommentaren. Ich werde dann versuchen drauf zu antworten.
7:14 Ansonsten geht's im nächsten Video weiter mit was sind Wahrheitstafeln. Brauchen wir jetzt demnächst, wenn wir ein bisschen Digitaltechnik anschneiden
7:21 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
7:28 werden.