Die Ideen John von Neumanns

John von Neumann (1903-1957) war Mathematiker. Er gilt heute als einer der Begründer der Spieltheorie und der Wirtschaftsmathematik. Während des zweiten Weltkriegs war er zudem am amerikanischen Atombomben­programm beteiligt. Bereits Anfang der vierziger Jahre entwickelte er ein Konzept für programmierbare Rechner.

Nach seinen Vorstellungen sollte ein Computer aus einem Steuerwerk, einem Rechenwerk, Speicher und Ein-/Ausgabegeräten bestehen. Alle Komponenten sollten über sogenannte Busse verbunden sein. Der Datenbus transportiert hierbei die Nutzdaten, der Adressbus legt fest, woher oder wohin die Nutzdaten transportiert werden sollen und ein Steuerbus transportiert Informationen wie z.B. ob Daten geschrieben oder gelesen werden sollen.

Eine weitere Besonderheit am Konzept von Neumanns war die Verwendung des Speichers sowohl für Programme als auch für Daten.

Das Ganze ist heute als „Von-Neumann-Architektur“ bekannt.

1945 stellte er seine Ideen in einem Konzeptpapier eines von ihm geplanten Rechners namens EDVAC vor. Dessen Bau verzögerte sich jedoch, weil sich die von ihm gewünschten Entwickler Mauchly und Eckert in dieser Zeit selbständig machten. Dadurch war der erste nach von Neumanns Ideen konzipierte Rechner 1949 der von Maurice Wilkes gebaute „Edsac“. Er entstand an der Universität von Cambridge und bestand aus 3000 Vakuumröhren.

Das Konstruktionsprinzip von Neumanns erwies sich als sehr einleuchtend und es war auch gut technisch umzusetzen. Das führte dazu, dass fast alle Computer in den darauffolgenden Jahrzehnten auf dieser Architektur basierten. Inzwischen hat sich das geändert, weil sich der Datenbus irgendwann als Performancehemmnis erwies. Moderne PCs haben eine vielzahl verschiedener Datenpfade, die unabhängig voneinander arbeiten und nur bei Bedarf kurzfristig miteinander interagieren. Das erlaubt zahlreiche Datentransfers, die simultan in unterschiedlichen Geschwindigkeiten ablaufen. Bei einem Von-Neumann-Rechner kann zu jeder Zeit nur ein Datenwort transportiert werden.