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Von Neumann OperationsprinzipRechner, deren physische Komponenten nach der von Neumann Struktur zusammengesetzt sind, funktionieren nach dem von Neumann Prinzip.Datenstruktur: von Neumann VariableBei der von Neumann Maschine nehmen die Zellen des Arbeitsspeichers das Programm und auch die Daten auf. Daher gibt es beim von Neumann Operationsprinzip lediglich eine Struktur der Daten, die von Neumann Variable, mit den beiden Komponenten:
Zwei Phasen SchemaDie wesentliche Aufgabe eines Computers ist, gespeicherte Informationen, d.h. Daten, zu verarbeiten.Diese Verarbeitung wird beim von Neumann Rechner vom Steuerwerk nach einem strengen sequentiellen zwei Phasen Schema vorgenommen:
Man sagt hier: der Operationscode ist vom Datentyp Befehl und der (Direkt-)Operand vom Datentyp Datum. Da aber nicht nur Direktoperanden erlaubt sind, sondern auch Adressangaben, d.h. Verweise auf Speicherzellen, gibt es auch den Datentyp Adresse. Eine Operation wird beim Datentyp Adresse auf den Inhalt der Speicherzelle(n) ausgeführt (vgl. das Beipiel Additionsoperation). Eine von Neumann Maschine besitzt also drei verschiedene Maschinen-Datentypen, mit denen sie operiert:
Die Datenstruktur der von Neumann Variable besitzt den Datentyp nicht explizit, da es durch das feste Operationsprinzip der von Neumann Maschine klar wird, um welchen Typ es sich handelt. Der Wert der von Neumann Variable wird also unterschiedlich als Befehl, Datum oder Adresse interpretiert. Hierfür besitzt das Steuerwerk zwei Zustände:
BefehlszustandDas Programm, d.h. eine Abfolge von Befehlen, steht im Arbeitsspeicher, wobei diese in der Regel hintereinander ausgeführt werden ( implizite Sequentialität). An welcher Speicherstelle des Programms sich der Rechner befindet, ist in einem Register, dem Befehlszähler, vermerkt.Im Befehlszustand wird der Inhalt der von Neumann Variable als Befehl interpretiert und die folgenden beiden Arbeitsschritte ausgeführt:
DatumszustandIm Datumszustand werden die Werte der von Neumann Variable als Datum oder Adresse interpretiert. Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Typen hängt von dem vorangegangenen Befehl ab. Der Datumszustand entspricht der Ausführung des Befehls. Dabei werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt:
Befehlszustand, Datumszustand, Befehlszustand, Datumszustand, Befehlszustand, Datumszustand ... Dabei wird immer mit dem Befehlszustand begonnen. Dies entspricht dem oben erwähnten Zwei Phasen Schema . BefehlssatzDie Befehle lassen sich grob in folgende vier Klassen einteilen:
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