Im Jahre 1946 von John von Neumann vorgeschlagenes Konzept zur Gestaltung eines universellen Rechners,
der technischen, wissenschaftlichen und kommerziellen Anforderungen gerecht wird.
Von einigen wenigen Ausnahmefällen abgesehen, orientieren sich die heutigen Rechenanlagen
an der Struktur dieses klassischen Universalrechners. In Abbildung 1 ist ein schematischer Aufbau eines
Von-Neumann-Rechners dargestellt.
Der Rechner ist nach folgenden Prinzipien (von Neumann Prinzip) aufgebaut:
Der Rechner besteht aus fünf Funktionseinheiten, dem Steuerwerk, dem Rechenwerk, dem Speicher, dem Eingabewerk und dem Ausgabewerk.
Die Struktur des Von-Neumann-Rechners ist unabhängig von den zu bearbeitenden Problemen. Zur Lösung eines Problems muss von außen eine Bearbeitungsvorschrift, das Programm, eingegeben und im Speicher abgelegt werden. Ohne dieses Programm ist die Maschine nicht arbeitsfähig.
Programme, Daten, Zwischen- und Endergebnisse werden in demselben Speicher abgelegt.
Der Speicher ist in gleichgroße Zellen unterteilt, die fortlaufend durchnumeriert sind. Über die Nummer (Adresse) einer Speicherzelle kann deren Inhalt abgerufen oder verändert werden.
Aufeinanderfolgende Befehle eines Programms werden in aufeinanderfolgenden Speicherzellen abgelegt. Das Ansprechen des nächsten Befehls geschieht vom Steuerwerk aus durch Erhöhen der Befehlsadresse (Programm Counter) um Eins.
Durch Sprungbefehle kann von der Bearbeitung der Befehle in der gespeicherten Reihenfolge abgewichen werden.
Es gibt zumindest:
arithmetische Befehle wie Addieren, Multiplizieren, Konstanten laden usw.;
logische Befehle wie Vergleiche, logisches NICHT, UND, ODER usw.;
Transportbefehle, z.B. vom Speicher zum Rechenwerk und für die Ein-/Ausgabe;
bedingte Sprünge;
sonstige Befehle wie Schieben, Unterbrechen, Warten usw.
Alle diese Befehle können in verschiedenen Adressierungsarten ausgeführt werden, ...
Alle Daten (Befehle, Adressen usw.) werden binär codiert. Geeignete Schaltwerke im Steuerwerk und an anderen Stellen sorgen für die richtige Entschlüsselung (Decodierung).
