2 Von-Neumann-Prozessor

Das Grundprinzip eines einfachen, determinstischen, endlichen Automaten (siehe [3]) wird sehr häufig im Rahmen von Hardwaredesigns genutzt. Hierdurch lässt sich bereits ein sequenziell arbeitender Rechner konzipieren.

Automaten wird dafür sowohl als ein aktuelles Steuerwort, das den Programmfluss repräsentiert, als auch als der Input der Daten interpretiert, von dem ausgehend der Nachfolgezustand berechenbar ist. Dieser Nachfolgezustand wird seinerseits gespeichert und gegebenenfalls nochmals umgeformt als Ausgangsvektor - als das Ergebnis der Operation.

Dieses Konzept einschließlich Erweiterungen in Form des Kellerautomaten dient zusammen mit der Turingmaschine als theoretische Grundlage für Berechenbarkeiten, nicht zuletzt aufgrund der darin liegenden Universalität. In der Praxis der aktuellen Rechenanlagen kommt jedoch ein anderes, gleichwohl äquivalentes Modell zum Einsatz, das die Trennung zwischen Kontroll- und Datenfluss stärker zum Ausdruck bringt. Dieses Modell basiert auf den resümierenden Überlegungen von Burks, Goldstine und von Neumann und wird abkürzend Von-Neumann-Rechnermodell genannt.

Abschnitt 2.1 gibt eine Einführung in das Konzept nach Burks, Goldstine und von Neumann. Dieses Konzept hat in den vergangenen Jahrzehnten seit 1946 Variationen erfahren, die bei vielen konkreten Produkten zu finden sind.

Zum Verständnis insbesondere der aktuellen Mikroprozessoren (erhältlich seit 1971, Intel 4004) und Mikroprozessor-basierten Rechnersysteme ist es notwendig, sowohl die Hardware (zumindest in Teilen) als auch das Hardware/Software-Interface zu betrachten. Zum ersteren zählen die Bussysteme, insbesondere in ihren zeitlichen Eigenschaften, sowie die verschiedenen Speicherarten. Das Leit- und das Rechenwerk bilden den Übergang zum Hardware/ Software-Interface. Hier steht im Vordergrund, die logische Funktionalität dieser Teile zu verstehen.

Das Hardware/Software-Interface selbst wird durch das Registermodell, den Befehlssatz sowie die Adressierungsarten gebildet. Eine genaue Betrachtung der Phasen der Befehlsbearbeitung und - als Erweiterung des Von-Neumann-Rechners - das Interrupt-Request-Konzept bilden den Abschluss dieses Kapitels.