# Wie ein Von-Neumann-Rechner funktioniert

Üblicherweise wird die Von-Neumann-Architektur in folgendem bekannten Schaubild dargestellt:



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## Von-Neumann-Prinzipien



1. **Aufbau** Ein Rechner hat fünf Hauptteile: 
    1) Das Steuerwerk
    2) Das Rechenwerk
    3) Den Speicher
    4) Das Eingabewerk
    5) Das Ausgabewerk
    
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2. **Programme sind nötig**
Der Rechner kann verschiedene Aufgaben lösen, aber nur, wenn ein Programm von außen in den Speicher geladen wird. Ohne Programm kann er nichts tun.

3. **Speicherinhalt**
Im Speicher liegen nicht nur Programme, sondern auch Daten, Zwischen- und Endergebnisse.

4. **Speicherzellen**
Der Speicher ist in gleich große Zellen aufgeteilt, die fortlaufend nummeriert sind. Über die Nummer (Adresse) kann man auf den Inhalt jeder Zelle zugreifen oder ihn ändern.

5. **Befehle im Speicher**
Befehle eines Programms werden nacheinander in Speicherzellen abgelegt. Das Steuerwerk ruft den nächsten Befehl auf, indem es die Adresse um eins erhöht.

6. **Sprungbefehle**
Mit Sprungbefehlen kann die normale Reihenfolge der Befehle verändert werden.

7. **Befehlsarten** Es gibt verschiedene Arten von Befehlen:
    - Rechenbefehle (z. B. `Addieren`, `Multiplizieren`)
    - Logische Befehle (z. B. `Vergleiche`, `UND`, `ODER`)
    - Transportbefehle (z. B. Daten zwischen Speicher und Rechenwerk bewegen)
    - Bedingte Sprünge
    - Sonstige Befehle (z. B. Schieben, Warten)

8. **Binärcode**
   Alle Daten (Befehle, Adressen usw.) werden im Binärcode gespeichert. Schaltwerke im Steuerwerk sorgen dafür, dass alles richtig entschlüsselt wird.

## Ladevorgang eines Programms

1. **Eingabe des Programms:**
   Das Programm wird über das **Eingabewerk** (z. B. Tastatur, Netzwerk, Datenträger) in den Rechner eingegeben. Das kann z. B. durch das Tippen von Code, das Laden einer Datei oder das Übertragen von einem anderen Gerät geschehen.

2. **Umwandlung in Maschinensprache:**
   Falls das Programm in einer höheren Programmiersprache (z. B. Python, C++) geschrieben ist, wird es zunächst von einem **Compiler** oder **Interpreter** in Maschinensprache übersetzt. Maschinensprache besteht aus Binärcode, den der Rechner direkt verstehen und ausführen kann.

3. **Speicherung im Arbeitsspeicher (RAM):**
   Der Binärcode des Programms wird nun in den **Hauptspeicher (RAM)** geladen. Das Steuerwerk des Rechners organisiert diesen Vorgang:
   - Der Binärcode wird in die **Speicherzellen** des RAM geschrieben.
   - Jede Speicherzelle hat eine **Adresse**, unter der der Binärcode abgelegt wird.
   - Die Befehle des Programms werden in aufeinanderfolgenden Speicherzellen gespeichert.

4. **Start des Programms:**
   Sobald das Programm im RAM liegt, beginnt das **Steuerwerk** mit der Ausführung:
   - Es liest den ersten Befehl aus der Speicherzelle mit der Startadresse.
   - Der Befehl wird entschlüsselt (decodiert) und an das **Rechenwerk** oder andere Funktionseinheiten weitergegeben.
   - Das Steuerwerk erhöht die Adresse um eins, um den nächsten Befehl zu laden, es sei denn, ein Sprungbefehl ändert die Reihenfolge.

5. **Ausführung der Befehle:**
   Die Befehle werden nacheinander abgearbeitet. Dabei können Daten aus dem Speicher gelesen oder dorthin geschrieben werden. Bei Bedarf werden Zwischenergebnisse im Speicher abgelegt.

**Zusammenfassung:**
Ein Programm wird über das Eingabewerk in den Rechner geladen, in Maschinensprache übersetzt, im RAM gespeichert und vom Steuerwerk schrittweise ausgeführt. Der Von-Neumann-Rechner arbeitet dabei nach dem Prinzip der **gespeicherten Programme**: Programm und Daten liegen im selben Speicher und werden sequenziell abgearbeitet.