Von-Neumann foreslog sin computerarkitektur i 1945, som senere blev kendt som Von-Neumann-arkitekturen. Den bestod af en kontrolenhed, en aritmetisk og logisk hukommelsesenhed (ALU), registre og ind- og udgange.
Von-Neumann-arkitekturen er baseret på computerkonceptet med lagrede programmer, hvor instruktionsdata og programdata er lagret i den samme hukommelse. Dette design anvendes stadig i de fleste computere, der produceres i dag.
En Von Neumann-baseret computer:
- Bruger en enkelt processor
- Bruger én hukommelse til både instruktioner og data.
- Udfører programmer efter cyklusen hente-dekode-udføre
Komponenter i Von-Neumann-modellen:
- Central Processing Unit
- Busser
- Memory Unit
Central Processing Unit
Den del af computeren, der udfører hovedparten af databehandlingsoperationerne, kaldes den centrale databehandlingsenhed og omtales som CPU.
Centralprocessoren kan også defineres som et elektrisk kredsløb, der er ansvarligt for at udføre instruktionerne i et computerprogram.
CTP’en udfører en række forskellige funktioner, der er dikteret af den type instruktioner, der er indbygget i computeren.
De vigtigste komponenter i CPU’en er Aritmetisk og logisk enhed (ALU), kontrolenhed (CU) og en række registre.
Aritmetisk og logisk enhed (ALU)
Den aritmetiske og logiske enhed (ALU) udfører de nødvendige mikrooperationer til udførelse af instruktionerne. Med enkle ord gør ALU det muligt at udføre aritmetiske (addere, subtrahere osv.) og logiske (AND, OR, NOT osv.) operationer.
Kontrolenhed
Kontrolenheden i et computersystem styrer driften af komponenter som ALU, hukommelse og input/output-enheder.
Kontrolenheden består af en programtæller, der indeholder adressen på de instruktioner, der skal hentes, og et instruktionsregister, hvortil instruktioner hentes fra hukommelsen til udførelse.
Registre
Registre henviser til højhastighedslagringsområder i CPU’en. De data, der behandles af CPU’en, hentes fra registrene.
Nedenstående er listen over registre, der spiller en afgørende rolle i databehandlingen.
| Registre | Beskrivelse |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Dette register indeholder hukommelsesplaceringen for de data, der skal tilgås. |
| MDR (Memory Data Register) | Dette register indeholder de data, der overføres til eller fra hukommelsen. |
| AC (Accumulator) | Dette register indeholder de mellemliggende aritmetiske og logiske resultater. |
| PC (Program Counter) | Dette register indeholder adressen på den næste instruktion, der skal udføres. |
| CIR (Current Instruction Register) | Dette register indeholder den aktuelle instruktion under behandlingen. |
Busser
Busser er det middel, hvormed information deles mellem registrene i et konfigurationssystem med flere registre.
En busstruktur består af et sæt fælles linjer, én for hver bit i et register, hvorigennem binær information overføres én ad gangen. Styresignaler bestemmer, hvilket register der vælges af bussen under hver enkelt registeroverførsel.
Von-Neumann-arkitekturen består af tre store bussystemer til dataoverførsel.
| Bus | Beskrivelse |
|---|---|
| Address Bus | Address Bus transporterer adressen på data (men ikke dataene) mellem processoren og hukommelsen. |
| Databus | Databus transporterer data mellem processoren, hukommelsesenheden og input/output-enhederne. |
| Kontrolbus | Kontrolbus transporterer signaler/kommandoer fra CPU’en. |
Hukommelsesenhed
En hukommelsesenhed er en samling af lagerceller sammen med de tilhørende kredsløb, der er nødvendige for at overføre oplysninger ind og ud af lageret. Hukommelsen lagrer binære oplysninger i grupper af bits kaldet ord. Den interne struktur af en hukommelsesenhed er specificeret af antallet af ord, den indeholder, og antallet af bits i hvert ord.
Der anvendes to hovedtyper af hukommelser i computersystemer:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)