Von-Neumann 1945-ben javasolta számítógép-architektúra tervét, amely később Von-Neumann architektúra néven vált ismertté. Ez vezérlőegységből, aritmetikai és logikai memóriaegységből (ALU), regiszterekből és be- és kimenetekből állt.
A Von Neumann-architektúra a tárolt programú számítógép koncepcióján alapul, ahol az utasításadatokat és a programadatokat ugyanabban a memóriában tárolják. Ezt a konstrukciót ma is használják a legtöbb ma gyártott számítógépben.
A Von Neumann-alapú számítógép:
- Egyetlen processzort használ
- Egy memóriát használ mind az utasítások, mind az adatok számára.
- A programokat a fetch-decode-execute ciklus szerint hajtja végre
A Von-Neumann modell összetevői:
- Central Processing Unit
- Buses
- Memory Unit
Central Processing Unit
A számítógépnek azt a részét, amely az adatfeldolgozási műveletek nagy részét végzi, központi feldolgozó egységnek nevezik, és CPU-nak nevezik.
A Központi feldolgozó egységet úgy is definiálhatjuk, mint a számítógépes program utasításainak végrehajtásáért felelős elektromos áramkört.
A CPU számos olyan funkciót lát el, amelyet a számítógépbe beépített utasítások típusa diktál.
A CPU fő összetevői az aritmetikai és logikai egység (ALU), a vezérlőegység (CU) és különféle regiszterek.
Aritmetikai és logikai egység (ALU)
Az aritmetikai és logikai egység (ALU) végzi az utasítások végrehajtásához szükséges mikroműveleteket. Egyszerűen fogalmazva, az ALU lehetővé teszi az aritmetikai (összeadás, kivonás stb.) és logikai (ÉS, VAGY, NEM stb.) műveletek végrehajtását.
Vezérlőegység
A számítógépes rendszer vezérlőegysége vezérli az olyan összetevők, mint az ALU, a memória és a be- és kimeneti eszközök működését.
A vezérlőegység egy programszámlálóból áll, amely a lehívandó utasítások címét tartalmazza, valamint egy utasításregiszterből, amelybe az utasításokat a memóriából hívják be végrehajtásra.
Regiszterek
A regiszterek a CPU nagy sebességű tárolóterületeit jelentik. A CPU által feldolgozott adatok a regiszterekből kerülnek lehívásra.
A következőkben az adatfeldolgozásban döntő szerepet játszó regiszterek listája következik.
| Regiszterek | Megnevezés |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Ez a regiszter tartalmazza az elérendő adatok memóriahelyét. |
| MDR (Memory Data Register) | Ez a regiszter tartalmazza a memóriába vagy memóriából átvitt adatokat. |
| AC (Accumulator) | Ez a regiszter tartalmazza a köztes aritmetikai és logikai eredményeket. |
| PC (Program Counter) | Ez a regiszter tartalmazza a következő végrehajtandó utasítás címét. |
| CIR (Current Instruction Register) | Ez a regiszter tartalmazza az aktuális utasítást a feldolgozás során. |
Buszok
A buszok azok az eszközök, amelyeken keresztül az információ megosztásra kerül a regiszterek között egy többregiszteres konfigurációs rendszerben.
A buszszerkezet közös vonalakból áll, egy-egy regiszter minden egyes bitjéhez, amelyeken keresztül a bináris információ egyenként kerül átvitelre. A vezérlőjelek határozzák meg, hogy az egyes regiszterek átvitele során a busz melyik regisztert választja ki.
A Von-Neumann-architektúra három fő buszrendszerből áll az adatátvitelhez.
| Busz | leírás |
|---|---|
| Adresszbusz | A címbusz az adatok címét (de nem az adatokat) szállítja a processzor és a memória között. |
| Adatbusz | Az adatbusz az adatokat szállítja a processzor, a memóriaegység és a be- és kimeneti eszközök között. |
| Vezérlőbusz | A vezérlőbusz a CPU jeleit/parancsait szállítja. |
Memóriaegység
A memóriaegység a tárolócellák gyűjteménye a kapcsolódó áramkörökkel együtt, amelyek a tárolóba történő be- és onnan történő információátvitelhez szükségesek. A memória a bináris információt bitcsoportokban, úgynevezett szavakban tárolja. A memóriaegység belső szerkezetét a benne lévő szavak száma és az egyes szavakban lévő bitek száma határozza meg.
A számítógépes rendszerekben két fő memóriatípust használnak:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)
.