フォン・ノイマン・モデル - javatpoint

フォン・ノイマンは1945年に、後にフォン・ノイマン・アーキテクチャと呼ばれるコンピュータ・アーキテクチャの設計を提案しました。制御部、演算部、論理記憶部（ALU）、レジスタ、入出力部から構成されていた。

フォン・ノイマン・アーキテクチャは、命令データとプログラムデータを同じメモリに格納するストアドプログラムコンピュータの概念に基づいている。この設計は、今日製造されているほとんどのコンピュータでまだ使用されている。

フォン-ノイマンモデルの構成要素。

データ処理動作の大部分を実行するコンピュータの部分を中央処理装置といい、CPUと呼ばれる。

中央処理装置は、コンピュータ・プログラムの命令を実行する電気回路としても定義できます。

CPUは、コンピュータに組み込まれた命令の種類によって決まるさまざまな機能を実行します。

CPUの主要コンポーネントは、演算および論理ユニット（ALU）、制御ユニット（CU）およびさまざまなレジスタです。

演算および論理ユニット（ALU）は命令を実行するために必要なマイクロ演算を行うものである。簡単に言うと、ALUは算術演算（加算、減算など）と論理演算（AND、OR、NOTなど）を実行することができます。

コンピュータシステムのコントロールユニットは、ALU、メモリ、入出力デバイスなどのコンポーネントの動作を制御します。

制御ユニットは、フェッチされる命令のアドレスを含むプログラムカウンタと、実行のためにメモリから命令をフェッチする命令レジスタで構成されます。

レジスタとは、CPU内の高速記憶領域のことを指します。 CPUが処理するデータは、レジスタから取得されます。

レジスタ	説明
MAR (Memory Address Register)	このレジスタは、アクセスする必要があるデータのメモリ位置を保持します。
MDR（Memory Data Register）	このレジスタは、メモリとの間で転送されるデータを保持します。
AC（アキュムレータ）	このレジスタには演算および論理の中間結果が保持されます。
PC (Program Counter)	このレジスタは、次に実行される命令のアドレスを格納します。
CIR (Current Instruction Register)	このレジスタには処理中の現在の命令が格納されます。

バスは、複数レジスタ構成システムにおいて、レジスタ間で情報を共有する手段です。

バス構造は、レジスタの各ビットに対して1本の共通ラインからなり、バイナリ情報を一度に1つずつ伝達させることができます。制御信号は、各レジスタ転送中にどのレジスタがバスによって選択されるかを決定します。

Von-Neumann Architecture は、データ転送用の 3 つの主要なバスシステムで構成されています。

Bus	Description
Address Bus	Address Bus はプロセッサとメモリ間でデータのアドレス（データではなく）を伝達します。
Data Bus	Data Busは、プロセッサ、メモリ・ユニットおよび入出力デバイス間でデータを伝送します。
Control Bus	Control BusはCPUからの信号／コマンドを伝送します。

メモリ・ユニットは、ストレージ・セルと、ストレージへの情報の出し入れに必要な関連回路の集合体である。メモリは、ワードと呼ばれるビットのグループに2進情報を格納します。メモリ・ユニットの内部構造は、それが含むワードの数と各ワードのビット数によって特定されます。

コンピュータ・システムでは、主に2種類のメモリが使用されています。