2.1.3.1.1 Steuerwerk / Leitwerk
Definition: Steuerwerk
Das Steuerwerk (oder Leitwerk) ist für die seqentielle Abarbeitung des im Speicherwerk befindlichen Programms zuständig.
Damit ist sofort ersichtlich, dass eine Verbindung zwischen Steuerwerk und Speicherwerk exitieren muss, damit das abzuarbeitende Programm, bzw. dessen einzelnen Anweisungen, vom Speicherwerk in das Steuerwerk übertragen werden können. Konkret sieht dieser Ablauf so aus:
Definition: Arbeitsweise des Steuerwerks
Das Steuerwerk sendet die Adresse des aktuellen Befehls an das Speicherwerk und erhält von diesem als Antwort genau jenen Befehl, der an der übermittelten Adresse innerhalb des Speicherwerks steht. Sobald das Steuerwerk den Befehl erhalten hat, wird dieser ausgeführt.
Es ergibt sich damit für die Arbeitsweise des Steuerwerks ein Kreislauf, der immer wieder durchlaufen wird:
Diese Darstellung ist leicht verständlich, stellt aber auch nur eine erste vereinfachte Sicht auf die Arbeitsweise dar. Wir werden in Kürze weitere Details hinzufügen.
Zunächst lassen sich aus dieser einfachen Sicht ein paar Bestandteile des Steuerwerks ableiten.
- Damit die Adresse des aktuellen Befehls vom Steuerwerk verwaltet werden kann, muss es einen Speicherbereich dafür geben. Verwendet wird dazu ein Register, der sogenannte Befehlszähler, engl. program counter, kurz: PC.
- Damit der vom Speicherwerk empfangene Befehl verwaltet werden kann, muss es einen Speicherbereich dafür geben. Verwendet wird dazu ein Register, das sogenannte Befehlsregister, engl. instruction register, kurz: IR.
- Die Adresse des aktuellen Befehls kann über den vorhandenen System-Bus an das Speicherwerk gesendet werden. Eine direkte Verbindung der Register PC sowie IR mit dem System-Bus muss daher gegeben sein.
Im folgenden Video wird die Arbeitsweise etwas detaillierter aufgeschlüsselt und erläutert.
Die im Video erarbeitete detailliertere Sicht auf die Arbeitsweise des Steuerwerks sieht damit so aus:
In der detaillierteren Sicht lässt sich der Von-Neumann-Zyklus erkennen, der hier zunächst definiert wird.
Definition: Von-Neumann-Zyklus
Der Von-Neumann-Zyklus besteht aus den fünf Phasen:
- Fetch - Hole den nächsten Befehl.
- Decode - Decodiere den aktuellen Befehl.
- Fetch Operands - Hole benötigte Operanden.
- Execute - Führe den Befehl aus.
- Write back - Schreibe das Ergebnis zurück.
Im folgenden Video wird der Zusammenhang erläutert.
Als Ergebnis der Herleitung im Video wird hier der Zusammenhang zwischen der detaillierteren Sicht der Arbeitsweise des Steuerwerks sowie dem Von-Neumann-Zyklus wiedergegeben:
