Die Von-Neumann-Architektur

Begriffe vorab

• CPU: Zentrale Recheneinheit: führt Befehle aus.
• Arbeitsspeicher: Speicher für Programme und Daten während der Ausführung.
• Befehlszyklus: Ablauf aus Holen, Dekodieren und Ausführen eines Befehls.
• Stored-Program: Programme liegen wie Daten im Speicher.
• Ein-/Ausgabe: Schnittstellen zu Tastatur, Bildschirm, Netzwerk und Speichermedien.

Ein Papier von 1945

Am 30. Juni 1945 verbreitete John von Neumann das 107 Seiten lange „First Draft of a Report on the EDVAC“. Es beschrieb erstmals ausführlich einen Rechner, bei dem Programm und Daten im selben Speicher liegen (Stored-Program-Prinzip). Die Bezeichnung „Von-Neumann-Architektur“ ist umstritten, weil der Bericht die Beiträge von John Mauchly und J. Presper Eckert nicht nennt.

Die Bausteine

• Rechenwerk (arithmetisch-logische Einheit): führt Rechen- und Vergleichsoperationen aus.
• Steuerwerk: liest Befehle und koordiniert den Ablauf.
• Speicher: hält Befehle und Daten.
• Ein- und Ausgabe: verbindet den Rechner mit der Außenwelt.

In heutigen Prozessoren sind Rechen- und Steuerwerk in der CPU vereint.

Der Befehlszyklus

1. Holen: Der nächste Befehl wird aus dem Speicher gelesen.
2. Dekodieren: Die Steuerung ermittelt, was zu tun ist.
3. Ausführen: Das Rechenwerk führt aus; Ergebnisse gehen in Register oder Speicher.

Dann beginnt der Zyklus von vorn. Alles, was ein Rechner tut, besteht letztlich aus diesen Schritten – nur sehr schnell und sehr oft.

Folgen des Stored-Program-Prinzips

Weil Programme Daten sind, kann man Programme laden, ändern und übersetzen (ein Compiler ist ein Programm, das Programme erzeugt). Das Prinzip hat auch eine Kehrseite: Wenn Daten als Programm ausgeführt werden können, entstehen Angriffsmöglichkeiten wie Code-Einschleusung. Das ist ein Grund für Schutzmechanismen, die Datenbereiche von ausführbaren Bereichen trennen – eine Parallele zu Injection-Angriffen im Web, wo Daten als Befehl interpretiert werden.

Beispiel: Zwei Zahlen addieren

Ein Programm liegt als Befehlsfolge im Speicher: „Lade Zahl A in ein Register, lade Zahl B, addiere, speichere das Ergebnis“. Die CPU holt Befehl für Befehl, das Rechenwerk addiert, das Ergebnis wandert zurück in den Speicher.

Denke Hardware in Schichten: Befehle sind die unterste Software-Ebene, auf der alles Weitere aufbaut.

Zum Selbermachen

1. Beschreibe den Befehlszyklus für das Programm „c = a + b“ in fünf Schritten.
2. Suche heraus, wie viel Arbeitsspeicher und wie viele Kerne dein Rechner hat.

Verwandte Themen

Rechner → „Das Betriebssystem als Vermittler“. Security → „Injection, XSS und CSRF“ (Daten werden als Befehl behandelt).

Prüfstatus: Belegt (Stand 1. Oktober 2026): Das Datum 30. Juni 1945, der Umfang von 107 Seiten, das Stored-Program-Prinzip und die Namenskontroverse (Mauchly, Eckert) wurden gegen Fachquellen zum EDVAC-Bericht geprüft. Nicht einzeln belegt: die Beschreibung der Bausteine und des Befehlszyklus (Standarddarstellung in Lehrbüchern, hier nicht gegen ein einzelnes Lehrbuch geprüft) und die Parallele zu Injection (eigene Einordnung).

Quellen

• John von Neumann – „First Draft of a Report on the EDVAC“ (30. Juni 1945)