VonNeumannArchitektur

Die Von-Neumann-Architektur ist ein grundlegendes Modell der Computerarchitektur, benannt nach dem Mathematiker John von Neumann. In diesem Modell werden Programme und Daten im gleichen Hauptspe Speicher abgelegt und über denselben Bus zwischen Speicher und Rechenwerk ausgetauscht. Dadurch entsteht eine einfache, flexible Struktur, die sich leicht programmieren lässt.

Zu den zentralen Bausteinen gehören die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) mit Rechenwerk (ALU), Steuerwerk und Registern, der Hauptspeicher sowie Eingabe- und Ausgabegeräte. Daten und Instruktionen teilen sich denselben Speicher und dieselben Busse (Adress-, Daten- und Kontrollbus). Der Befehlszyklus folgt dem fetch-decode-execute-Muster: Die CPU holt eine Instruktion aus dem Speicher, decodiert sie, führt die angeordnete Operation aus und speichert das Ergebnis zurück in den Speicher. Der Programmzähler und das Instruktionsregister steuern den Ablauf.

Historisch entstand das Konzept des gespeicherten Programms in den 1940er Jahren, maßgeblich durch John von Neumann und das EDVAC-Konzept. Es bildete die Grundlage für viele Folgecomputer, in denen Code und Daten im gleichen Speicher lagen, was die Programmierung erleichterte und Softwareflexibilität ermöglichte. Im Vergleich zu anderen Ansätzen, die Code und Daten trennen (Harvard-Architektur), gilt die Von-Neumann-Architektur als universell einsetzbar, aber potenziell langsamer, weil Instruktionen und Daten denselben Weg nutzen.

Zu den Vor- und Nachteilen gehören eine einfache Implementierung und hohe Flexibilität einer sequentiellen Programmabarbeitung gegenüber einem potenziellen Flaschenhals durch den gemeinsamen Speicherzugriff. Moderne Systeme nutzen Ergänzungen wie Cache, Pipelining und parallele Ausführung, um Leistung zu steigern. Varianten wie die Harvard-Architektur trennen Code und Daten und werden in vielen Mikrocontrollern verwendet.