Konzept Computerarchitektur
Auch heute noch richtet sich der Aufbau fast aller gängigen Computer nach einem 1945 erstmals vorgestellten Referenzmodell, der nach ihrem Erfinder benannten «Von Neumann-Architektur». Diese Architektur beschreibt die Verbindung (über einen BUS) eines Prozessors (CPU) und seiner drei integralen Bestandteile (Steuerwerk/CU, Rechenwerk/ALU, und Speicherwerk/Memory Unit) mit einem Arbeitsspeicher (RAM), in dem – und das ist die Besonderheit – sowohl die auszuführenden Befehle als auch die zu verarbeitenden Werte (in binärer Form) gespeichert sind. Weil die Befehle auch nur Daten sind, können beide in einem Programm (in Maschinensprache) flexibel kombiniert werden und somit auf ein und derselben Hardware die verschiedensten Algorithmen umsetzen.
Das Zusammenspiel dieser Kernkomponenten wird vom Steuerwerk des Prozessors orchestriert, welches fortwährend die Schritte des «Von Neumann-Zyklus» (auch fetch-execute-cycle) ausführt, grob gesagt:
- Hole den aktuellen Befehl aus dem RAM
- Dekodiere den Befehl (= Nachschlagen im Befehlssatz)
- Führe den Befehl aus (= Strom in bestimmte Schaltkreise leiten)
- Speichere ggf. das Ergebnis im RAM (je nach Befehl)
Moderne Computer führen mehrere Milliarden solcher Zyklen pro Sekunde (= GHz) aus und sind damit zu erstaunlichen Leistungen fähig – basierend auf lediglich ein paar Dutzend Befehlen (Befehlssatz), die sich wiederum allesamt auf die drei logischen Operationen AND, OR und NOT zurückführen lassen.
Analogie
Dieses Konzept ist so inhärent informatisch, dass es keine Analogie aus der realen Welt geben kann.