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Informatik

Der Von-Neumann-Rechner

Fast alle heutigen Computer folgen dem Von-Neumann-Prinzip: Programme und Daten liegen im selben Speicher.

  • ca. 11 Minuten
  • Klasse 7
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kenne die Bausteine des Von-Neumann-Rechners.
  • Ich kann ihre Aufgaben erklären.
  • Ich weiß, dass Programme und Daten im selben Speicher liegen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Die Teile eines Computers

Der Von-Neumann-Rechner ist ein Modell für den Aufbau eines Computers. Er besteht aus Rechenwerk, Steuerwerk, Speicher, Ein- und Ausgabe und einem Verbindungssystem, dem Bus. Rechenwerk und Steuerwerk bilden zusammen den Prozessor. Das Rechenwerk führt Rechnungen aus. Das Steuerwerk holt die Befehle und steuert den Ablauf. Der Speicher besteht aus nummerierten Zellen. Die Nummer einer Zelle heißt Adresse. Wichtig: Programme und Daten liegen im selben Speicher, beide sind binär codiert. Befehle werden nacheinander ausgeführt.

BausteinAufgabe
Rechenwerkführt Rechnungen aus
Steuerwerkholt Befehle und steuert den Ablauf
Speicherenthält Programme und Daten in Zellen mit Adressen
Ein-/AusgabeVerbindung zur Außenwelt
Bustransportiert Adressen, Daten und Steuersignale

Die Bausteine zuordnen

  1. Aufgabe: eine Zahl addieren. Das macht das Rechenwerk.
  2. Aufgabe: den nächsten Befehl holen. Das macht das Steuerwerk.
  3. Aufgabe: Programm und Daten aufbewahren. Das macht der Speicher.
  4. Aufgabe: eine Taste lesen. Das gehört zur Eingabe.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Rechenwerk rechnet.

Steuerwerk steuert.

Speicher merkt sich alles.

Ein Beispiel

Beispiel

Eine Küche: Der Koch schneidet und mischt (Rechenwerk). Die Küchenchefin liest im Rezept nach und sagt, was als Nächstes kommt (Steuerwerk). Der Schrank hält Zutaten und Rezept bereit (Speicher).

Schritt für Schritt

Wir ordnen zu: Wer holt den nächsten Befehl?

  1. Der Befehl liegt im Speicher.
  2. Jemand muss ihn holen und steuern.
  3. Das ist die Aufgabe des Steuerwerks.
  4. Das Rechenwerk führt ihn danach aus.

Mit einem Bild erklärt

ProzessorRechenwerk, Steuerwerk
SpeicherZellen mit Adressen
Ein-/AusgabeTastatur, Bildschirm

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Welcher Baustein führt Rechnungen aus?
Zeig mir den ersten Schritt

Wer rechnet: das Rechenwerk oder das Steuerwerk?

Lösung ansehen

Lösung: Das Rechenwerk

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Wo liegen im Von-Neumann-Modell Programme und Daten?
Zeig mir den ersten Schritt

Das ist das Besondere am Von-Neumann-Modell.

Lösung ansehen

Lösung: Im selben Speicher

Tipp: Merke dir zuerst: Prozessor = Rechenwerk + Steuerwerk.

Merksatz: Von-Neumann: Programme und Daten im gleichen Speicher, Befehle nacheinander, alles binär.

Typischer Fehler: Viele denken, Programme und Daten lägen an getrennten Orten. Im Von-Neumann-Modell liegen sie im selben Speicher.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Aus welchen zwei Teilen besteht der Prozessor?
Lösung ansehen

Lösung: Rechenwerk und Steuerwerk

Frage 2 Was ist eine Adresse im Speicher?
Lösung ansehen

Lösung: Die Nummer einer Speicherzelle

Frage 3 Ein Speicher hat 16 Zellen und beginnt bei Adresse 0. Wie lautet die letzte Adresse?

Zeig mir den ersten Schritt

Die erste Zelle hat die Adresse 0.

Lösung ansehen

Lösung: 15

Von 0 bis 15 sind es 16 Zellen.

Frage 4 Das Steuerwerk führt die Rechnungen aus.
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Lösung: Stimmt nicht

Frage 5 Welche Aufgabe hat der Bus?
Lösung ansehen

Lösung: Er transportiert Adressen, Daten und Steuersignale

Geschafft

Der Von-Neumann-Rechner hat Rechenwerk, Steuerwerk, Speicher, Ein- und Ausgabe und Bus. Programme und Daten liegen im selben Speicher.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Computer und Netze verstehen

Kurz erklärt, 54 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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