Von-Neumann propose il suo progetto di architettura di computer nel 1945 che fu poi conosciuto come Architettura Von-Neumann. Consisteva in un’unità di controllo, aritmetica e unità di memoria logica (ALU), registri e ingressi/uscite.
L’architettura di Von Neumann è basata sul concetto di computer a programma memorizzato, dove i dati delle istruzioni e i dati del programma sono memorizzati nella stessa memoria. Questo design è ancora usato nella maggior parte dei computer prodotti oggi.
Un computer basato su Von Neumann:
- Usa un singolo processore
- Usa una memoria sia per le istruzioni che per i dati.
- Esegue i programmi seguendo il ciclo fetch-decode-execute
Componenti del modello Von-Neumann:
- Unità centrale di elaborazione
- Bus
- Unità di memoria
Unità centrale di elaborazione
La parte del computer che esegue la maggior parte delle operazioni di elaborazione dei dati è chiamata Unità centrale di elaborazione e viene chiamata CPU.
L’Unità Centrale di Elaborazione può anche essere definita come un circuito elettrico responsabile dell’esecuzione delle istruzioni di un programma per computer.
La CPU svolge una varietà di funzioni dettate dal tipo di istruzioni che sono incorporate nel computer.
I componenti principali della CPU sono l’unità aritmetica e logica (ALU), l’unità di controllo (CU) e una varietà di registri.
Unità aritmetica e logica (ALU)
L’unità aritmetica e logica (ALU) esegue le micro-operazioni necessarie per eseguire le istruzioni. In parole semplici, l’ALU permette di eseguire operazioni aritmetiche (aggiungere, sottrarre, ecc.) e logiche (AND, OR, NOT, ecc.).
Unità di controllo
L’unità di controllo di un sistema informatico controlla le operazioni di componenti come ALU, memoria e dispositivi di input/output.
L’Unità di Controllo consiste in un contatore di programma che contiene l’indirizzo delle istruzioni da recuperare e un registro di istruzioni in cui le istruzioni sono recuperate dalla memoria per l’esecuzione.
Registri
I registri si riferiscono alle aree di memorizzazione ad alta velocità nella CPU. I dati elaborati dalla CPU sono recuperati dai registri.
Di seguito è riportato l’elenco dei registri che giocano un ruolo cruciale nell’elaborazione dei dati.
| Registri | Descrizione |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Questo registro contiene la posizione di memoria dei dati cui si deve accedere. |
| MDR (Memory Data Register) | Questo registro contiene i dati che vengono trasferiti alla o dalla memoria. |
| AC (Accumulator) | Questo registro contiene i risultati aritmetici e logici intermedi. |
| PC (Program Counter) | Questo registro contiene l’indirizzo della prossima istruzione da eseguire. |
| CIR (Current Instruction Register) | Questo registro contiene l’istruzione corrente durante l’elaborazione. |
Bus
I bus sono i mezzi con cui le informazioni sono condivise tra i registri in un sistema di configurazione a più registri.
Una struttura di bus consiste in un insieme di linee comuni, una per ogni bit di un registro, attraverso cui le informazioni binarie sono trasferite una alla volta. I segnali di controllo determinano quale registro è selezionato dal bus durante ogni particolare trasferimento di registro.
L’architettura di Von-Neumann comprende tre sistemi di bus principali per il trasferimento dei dati.
| Bus | Descrizione |
|---|---|
| Bus degli indirizzi | Bus degli indirizzi porta l’indirizzo dei dati (ma non i dati) tra il processore e la memoria. |
| Data Bus | Data Bus porta i dati tra il processore, l’unità di memoria e i dispositivi di input/output. |
| Control Bus | Control Bus porta segnali/comandi dalla CPU. |
Unità di memoria
Un’unità di memoria è una collezione di celle di memoria insieme ai circuiti associati necessari per trasferire informazioni dentro e fuori la memoria. La memoria memorizza informazioni binarie in gruppi di bit chiamati parole. La struttura interna di un’unità di memoria è specificata dal numero di parole che contiene e dal numero di bit in ogni parola.
Due tipi principali di memorie sono usati nei sistemi informatici:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)