Was haben alle Rechner gemeinsam?
Vom Modellrechner zum allgemeinen Bauplan
Murmelrechner, Bonsai-Rechner und dein Smartphone sehen völlig verschieden aus. Trotzdem hast du beim Zuordnen gemerkt: Dieselben vier Teile tauchen immer wieder auf. Jetzt entwickelst du daraus einen Bauplan, der für alle diese Rechner passt.
Aufgabe 1: Ein Schema für alle Rechner
- Zeichne ein Schema mit Kästen für die Teile eines Rechners und Pfeilen für die Verbindungen zwischen ihnen. Verwende dabei keine Begriffe, die nur zu deinem Modellrechner passen (also z. B. nicht „Laufbursche“ oder „Tor“).
- Beschrifte die Pfeile: Was wird auf diesem Weg transportiert? Unterscheide Daten, Adressen und Steuersignale.
- Prüfe dein Schema: Passt es auf den Murmelrechner und auf den Bonsai-Rechner?
Tipp 1
Beginne mit den vier Kästen aus der Zuordnungsaufgabe. Überlege dann, welche Teile Daten miteinander austauschen. Sind Rechenwerk und Steuerwerk direkt mit dem Speicher verbunden oder über etwas anderes?
Tipp 2
Spiele den Befehl inc 7 in Gedanken durch: Wer nennt die Adresse 7? Wer holt den Wert? Wer erhöht ihn? Wer bringt ihn zurück?
Jeder dieser Schritte braucht einen Weg in deinem Schema.
Tipp 3
Ein echter Computer muss auch Daten von außen bekommen und Ergebnisse ausgeben können. Ergänze dein Schema, falls das noch fehlt.
Zeitsparende Variante: ein Lückenschema vorgeben (Kästen fest, nur die Pfeile beschriften lassen).
Aufgabe 2: Wo liegt das Programm?
Beim einfachen Murmelrechner las der Steuermann das Programm von einem Zettel ab. Beim universellen Murmelrechner und beim Bonsai-Rechner ist das anders.
- Beschreibe, wo das Programm beim universellen Murmelrechner bzw. beim Bonsai-Rechner liegt und in welcher Form es dort steht.
- Formuliere einen Satz, der für alle diese Rechner gilt: „Programm und Daten …“
- Erläutere, welchen Vorteil es hat, wenn ein Rechner so aufgebaut ist. Denke daran, was man tun muss, um ein anderes Programm auszuführen.
Tipp
Sieh dir noch einmal die Codierung der Befehle an: Im Speicher stehen nur Zahlen. Kann man einer Zahl im Speicher ansehen, ob sie ein Befehl oder ein Datenwert ist?
Aufgabe 3: Der Befehlszyklus allgemein
- Beschreibe in eigenen Worten, in welchen Schritten dein Modellrechner einen Befehl ausführt.
- Formuliere die Schritte so um, dass sie für jeden Rechner passen. Verwende nur die Begriffe aus deinem Schema.
- Gib zu jedem Schritt an, welche Teile daran beteiligt sind.
Tipp
Murmelrechner: Sieh dir die Kommentare im universellen Steuerprogramm an (Schritt 1, 2, 3). Bonsai-Rechner: Sieh dir das Fachkonzept zum Befehlszyklus an.
Aufgabe 4: Einigt euch
Vergleicht eure Schemata in der Gruppe. Einigt euch auf ein gemeinsames Schema und begründet, warum ihr euch für diese Darstellung entschieden habt. Haltet auch fest, worüber ihr euch nicht einigen konntet.
Unterschiedliche Schemata sind erwünscht. Ergiebige Streitfragen fürs Plenum: Gehören die Steuersignale zum Bus? Bekommt der Programmzähler einen eigenen Kasten?
Aufgabe 5: Ein Vergleich mit dem Original
Euer Schema ist nicht das erste seiner Art. Fachleute beschreiben den Aufbau von Computern seit Jahrzehnten mit einem ähnlichen Bild. Öffnet die Box unter dieser Aufgabe erst, wenn ihr euch in Aufgabe 4 auf ein Schema geeinigt habt.
- Vergleicht euer Schema mit dem Bild in der Box. Nennt Gemeinsamkeiten und Unterschiede.
- Begründet für jeden Unterschied, ob eure Darstellung oder die im Bild besser passt.
- Prüft, ob sich eure Ergebnisse aus Aufgabe 2 und 3 in dem Bild wiederfinden. Was zeigt das Bild nicht?
Ein bekanntes Schema
Einen Rechner, der so aufgebaut ist und bei dem Programm und Daten im selben Speicher liegen, nennt man von-Neumann-Rechner. Die Bauweise heißt von-Neumann-Architektur. Statt „Speicher“ und „Ein- und Ausgabe“ sagt man auch „Speicherwerk“ und „Ein-/Ausgabewerk“.
Wer war John von Neumann?
John von Neumann (1903–1957) war ein Mathematiker aus Budapest, der ab 1930 in den USA arbeitete, vor allem in Princeton. Er beschäftigte sich mit Mathematik, Physik und Wirtschaftswissenschaften und war an der Entwicklung der Atombombe beteiligt.
1945 beriet er die Gruppe, die den Rechner EDVAC baute. In einem Bericht beschrieb er, wie ein solcher Rechner aufgebaut sein soll: mit Rechenwerk, Steuerwerk und Speicher, in dem das Programm zusammen mit den Daten liegt. Der Bericht wurde schnell bekannt, und die Bauweise bekam seinen Namen. Das ist umstritten, denn viele Ideen stammten aus der Zusammenarbeit mit den Ingenieuren J. Presper Eckert und John Mauchly, die vorher den ENIAC gebaut hatten.
Mehr zur Geschichte findest du auf der Seite Programme als Daten.
Anregung für ein Kurzreferat: Recherchiere, welchen Einfluss John von Neumann auf das 20. Jahrhundert hatte – positiv wie negativ. Denke z. B. an die Entwicklung der Computer, an seine Beteiligung an der Atombombe und an seine Rolle als Berater im Kalten Krieg. Nimm am Ende Stellung: Wie sollte man sich heute an ihn erinnern?
Quellen
- [1]: Schema eines von-Neumann-Rechners(letzter Zugriff: 11.11.2026) - Urheber: Lukas Grossar - Lizenz: Public Domain
- [2]: John von Neumann(letzter Zugriff: 11.11.2026) - Urheber: Los Alamos National Laboratory - Lizenz: Freie Nutzung mit Namensnennung (PD-LosAlamos)