Informatik Grundlagen – Von-Neumann-Architektur
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15 KartenWelche fünf Funktionsbausteine definiert die Von-Neumann-Architektur?
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Die fünf Bausteine sind: Arithmetisch-logische Einheit (ALU), Steuerwerk, Speicher, Eingabeeinheit und Ausgabeeinheit.
Was ist das zentrale Merkmal des Von-Neumann-Prinzips?
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Programm und Daten liegen im selben Speicher und werden über dieselbe Busstruktur adressiert – gespeichertes Programm.
Welche drei Busse verbinden CPU und Hauptspeicher?
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Datenbus (Datenwerte), Adressbus (Speicheradressen) und Steuerbus (Steuersignale wie Read/Write).
Was speichert der Befehlszähler (Program Counter)?
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Der Befehlszähler hält die Adresse der nächsten auszuführenden Instruktion im Hauptspeicher.
Welche Aufgabe hat das Instruktionsregister (Instruction Register)?
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Es hält den aktuell ausgeführten Maschinenbefehl (Opcode und Operanden) während der Dekodier- und Ausführphase.
Welche Phasen durchläuft der Befehlzyklus (Fetch-Decode-Execute)?
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Fetch: Befehl holen, Decode: Dekodieren im Steuerwerk, Execute: Ausführen durch ALU oder Speicherzugriff, dann nächster Zyklus.
Was versteht man unter dem Von-Neumann-Flaschenhals?
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Der gemeinsame Bus für Befehle und Daten limitiert die Bandbreite, da CPU und Speicher nicht parallel auf beide zugreifen können.
Wie unterscheidet sich die Harvard-Architektur von Von-Neumann?
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Harvard trennt Programmspeicher und Datenspeicher mit getrennten Bussen, ermöglicht parallelen Zugriff und höhere Durchsatzraten.
Welche Register gehören zum Steuerwerk der CPU?
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Befehlszähler (PC), Instruktionsregister (IR), Statusregister (Flags) und oft ein Stackpointer für Unterprogramme.
Was macht die Arithmetisch-logische Einheit (ALU)?
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Die ALU führt arithmetische Operationen (Addition, Subtraktion) und logische Operationen (AND, OR, NOT, Vergleiche) aus.
Wie adressiert die CPU eine Speicherzelle im Hauptspeicher?
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Die CPU legt die Adresse auf den Adressbus, setzt das Read-/Write-Signal auf dem Steuerbus und überträgt Daten über den Datenbus.
Was sind Immediate-Addressing und Direct-Addressing?
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Immediate: Operand steht direkt im Befehl. Direct: Befehl enthält die Speicheradresse des Operanden.
Warum sind Cache-Speicher in modernen CPUs notwendig?
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Cache puffert häufig genutzte Daten und Befehle, um den Von-Neumann-Flaschenhals zu mildern und Wartezyklen der CPU zu reduzieren.
Was passiert bei einem Interrupt in der Von-Neumann-Architektur?
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Die CPU unterbricht den aktuellen Befehlzyklus, sichert PC und Statusregister, springt zur Interrupt-Service-Routine und kehrt danach zurück.
Welche Rolle spielt das Statusregister (Flags) nach ALU-Operationen?
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Es speichert Ergebnismerkmale wie Zero-Flag, Carry-Flag, Overflow-Flag und Negative-Flag für bedingte Sprünge.