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Von-Neumann-Rechnerarchitektur

Das Rechenwerk

Das Rechenwerk besteht lediglich aus zwei Komponenten: Der Akkumulator und die Ablaufsteuerung. Der Akkumulator ist ein einfaches Register, die Rechenlogik und die Ablaufsteuerung (die die so genannten flags erzeugt) bilden zusammen das, was wir als ALU (Arithmetisch-logische Einheit) kennen. Typisch für das Konzept des Von-Neumann-Rechners ist der sparsame Umgang mit Registern - der Akkumulator ist das einzige Allzweckregister. Er ist als Operand an jeder Berechnung beteiligt und nimmt danach immer das Ergebnis auf (daher der Name - die Ergebnisse aufeinanderfolgender Berechnungen werden hier akkumuliert und bilden schließlich das Endergebnis. Die Rechenlogik meint hier ein Schaltnetz, das einige mathematische Funktionen realisiert. Die Ablaufsteuerung tut aber mehr, als nur die jeweils gewünschte Funktion auszuwählen - Akkumulator, Rechenlogik und Ablaufsteuerung bilden zusammen ein Schaltwerk, mit dessen Hilfe z.B. eine Multiplikation auf mehrere Additionen zurückgeführt werden kann. Die Erweiterung einer bestehenden ALU um die Multiplikation kostet praktisch nichts, eine Multiplikation mit n würde aber n.1 Mal so lange dauern, wie eine Addition; Alternativen wären das Hinzufügen eines (realtiv großen) Schaltnetzes allein für die Multiplikation oder intelligente Mischformen.

Abb.1
Rechenwerk

Instruktionssatz einfacher Von-Neumann-Prozessor

Tab.1
KategorieInstruktionFormatBedeutung
Arithmetikaddsubadd rd,rs,trsub rd,rs,trrd:=rs+rtrd:=rs-rt
Datentransferloadstoreload rd,rs,addressstore rd,rs,addressrd:=MM[rs+address]MM[rs+address]:=rd
Bedingter Sprungbeqbnebeq rd,rs,addressbne rd,rs,addressif rd=rs then PC:=addressif rd=rs then PC:=address
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