Von-Neumann schlug 1945 seine Computerarchitektur vor, die später als Von-Neumann-Architektur bekannt wurde. Sie bestand aus einer Steuereinheit, einer arithmetischen und logischen Speichereinheit (ALU), Registern und Eingängen/Ausgängen.
Die Von-Neumann-Architektur basiert auf dem Konzept des speicherprogrammierten Computers, bei dem Befehlsdaten und Programmdaten im selben Speicher abgelegt werden. Dieses Konzept wird auch heute noch in den meisten Computern verwendet.
Ein Von-Neumann-Computer:
- Verwendet einen einzigen Prozessor
- Verwendet einen Speicher für Anweisungen und Daten.
- Führt Programme nach dem Fetch-Decode-Execute-Zyklus aus
Komponenten des Von-Neumann-Modells:
- Zentraleinheit
- Busse
- Speichereinheit
Zentraleinheit
Der Teil des Computers, der den Großteil der Datenverarbeitungsoperationen durchführt, wird als Zentraleinheit bezeichnet und wird als CPU bezeichnet.
Die Zentraleinheit kann auch als ein elektrischer Schaltkreis definiert werden, der für die Ausführung der Anweisungen eines Computerprogramms verantwortlich ist.
Die CPU führt eine Vielzahl von Funktionen aus, die von der Art der Anweisungen abhängen, die in den Computer eingebaut sind.
Die Hauptkomponenten der CPU sind die Arithmetik- und Logikeinheit (ALU), die Steuereinheit (CU) und eine Reihe von Registern.
Arithmetik- und Logikeinheit (ALU)
Die Arithmetik- und Logikeinheit (ALU) führt die erforderlichen Mikrooperationen zur Ausführung der Befehle aus. Einfach ausgedrückt, ermöglicht die ALU die Durchführung von arithmetischen (Addition, Subtraktion usw.) und logischen (UND, ODER, NICHT usw.) Operationen.
Steuereinheit
Die Steuereinheit eines Computersystems steuert die Operationen von Komponenten wie ALU, Speicher und Ein-/Ausgabegeräten.
Die Steuereinheit besteht aus einem Programmzähler, der die Adresse der abzuholenden Befehle enthält, und einem Befehlsregister, in das die Befehle zur Ausführung aus dem Speicher geholt werden.
Register
Register bezeichnen Hochgeschwindigkeitsspeicherbereiche in der CPU. Die von der CPU verarbeiteten Daten werden aus den Registern geholt.
Nachfolgend die Liste der Register, die eine entscheidende Rolle bei der Datenverarbeitung spielen.
| Register | Beschreibung |
|---|---|
| MAR (Speicheradressregister) | Dieses Register enthält die Speicherstelle der Daten, auf die zugegriffen werden muss. |
| MDR (Speicherdatenregister) | Dieses Register enthält die Daten, die in den oder aus dem Speicher übertragen werden. |
| AC (Akkumulator) | Dieses Register enthält die arithmetischen und logischen Zwischenergebnisse. |
| PC (Program Counter) | Dieses Register enthält die Adresse des nächsten auszuführenden Befehls. |
| CIR (Current Instruction Register) | Dieses Register enthält den aktuellen Befehl während der Verarbeitung. |
Busse
Busse sind die Mittel, mit denen Informationen zwischen den Registern in einem Konfigurationssystem mit mehreren Registern ausgetauscht werden.
Eine Busstruktur besteht aus einer Reihe gemeinsamer Leitungen, eine für jedes Bit eines Registers, über die binäre Informationen nacheinander übertragen werden. Steuersignale bestimmen, welches Register bei jeder einzelnen Registerübertragung vom Bus ausgewählt wird.
Von-Neumann-Architektur, bestehend aus drei Hauptbussystemen für die Datenübertragung.
| Bus | Beschreibung |
|---|---|
| Adressbus | Der Adressbus überträgt die Adresse der Daten (aber nicht die Daten) zwischen dem Prozessor und dem Speicher. |
| Datenbus | Datenbus überträgt Daten zwischen dem Prozessor, der Speichereinheit und den Ein-/Ausgabegeräten. |
| Steuerbus | Steuerbus überträgt Signale/Befehle von der CPU. |
Speichereinheit
Eine Speichereinheit ist eine Sammlung von Speicherzellen zusammen mit zugehörigen Schaltkreisen, die zur Übertragung von Informationen in und aus dem Speicher benötigt werden. Der Speicher speichert binäre Informationen in Gruppen von Bits, die als Wörter bezeichnet werden. Die interne Struktur einer Speichereinheit wird durch die Anzahl der Wörter, die sie enthält, und die Anzahl der Bits in jedem Wort angegeben.
Zwei Haupttypen von Speichern werden in Computersystemen verwendet:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)