Was ist die Von Neumann-Architektur?
Die Von-Neumann-Architektur ist eine frühe, einflussreiche Art der Rechenstruktur. Es besteht hauptsächlich aus Speicherchips, die Daten sowohl speichern als auch verarbeiten können. Jeder Chip kann unterschiedliche Aufgaben ausführen, je nachdem, wie er von der zuvor ausgeführten Operation betroffen ist. Gemäß der Von Neumann-Architektur hätte jeder Computer Speicher, Mechanismen für Ausgabe und Eingabe, eine zentrale Steuerung, einen Platz für zentrale Arithmetik und externen Speicher.
Computer mit Von Neumann-Architektur werden als gespeicherte Programme bezeichnet. Dies bedeutet, dass der Computer keine externen Schalter oder andere Einflüsse benötigt, um zu laufen. Alle Anweisungen und Daten werden im Arbeitsspeicher (RAM) gespeichert.
Die von Neumann-Architektur wurde Mitte der 1940er Jahre von John von Neumann, einem wegweisenden Informatiker, entworfen. Er wurde 1903 geboren und verfasste mehrere mathematische Arbeiten mit einflussreichen Theorien, die seit vielen Jahrzehnten in Gebrauch sind. In einem dieser Artikel beschrieb er die Struktur, die für die Erstellung eines funktionierenden Computers erforderlich ist. Diese Programmierstruktur bildet die Basis für einen signifikanten Prozentsatz der aktuellen Computerarchitektur.
Vor der Von Neumann-Architektur wurden Computer im Wesentlichen entworfen und nicht programmiert. Sobald eine Maschine zusammengebaut war, konnte sie nur eine Funktion ausführen. Um die Funktionsweise des Computers zu ändern, war es erforderlich, das Kabel neu zu verdrahten, Komponenten hinzuzufügen oder die physische Struktur des Computers auf andere Weise zu ändern.
Während viele moderne Computer weiterhin auf der Von Neumann-Architektur basieren, haben einige Programmierer damit begonnen, das Konzept für effizientere Modelle zu verwerfen. Ein als Von Neumann-Engpass bekanntes Phänomen ist eines der Hauptprobleme bei der Struktur. Das Problem mit dem Engpass ist, dass die Vorgänge, die Informationen und Daten verarbeiten, denselben Bus verwenden, der die Transportmethode für diese Elemente darstellt. Dies wirkt sich auf die Effizienz und die Gesamtleistung des Systems aus.
In der Neuzeit wurde die Von Neumann-Architektur oft durch die Harvard-Architektur ersetzt. Es ist auch ein Architekturtyp mit gespeicherten Programmen. Die Harvard-Architektur verwaltet Speicher, Daten und Anweisungen auf ähnliche Weise, verfügt jedoch über mehr Ressourcen für den Transport von Informationen. Die Struktur verfügt über dedizierte Datenbusse für den Transport von Anweisungen und Speicher, sodass mehr Funktionen gleichzeitig ausgeführt werden können. Während die Harvard-Architektur an Popularität gewonnen hat, gibt es immer noch einige, die die einfachere Von Neumann-Architektur bevorzugen, die insbesondere für Anfänger von Computerprogrammierern ein zugänglicheres Format sein kann.