Von-Neumann stelde in 1945 zijn computerarchitectuurontwerp voor, dat later bekend werd onder de naam Von-Neumann Architectuur. Het bestond uit een controle-eenheid, rekenkundige en logische geheugeneenheid (ALU), registers en ingangen/uitgangen.
De Von Neumann-architectuur is gebaseerd op het concept van een opgeslagen-programmacomputer, waarbij instructiegegevens en programmagegevens in hetzelfde geheugen worden opgeslagen. Dit ontwerp wordt nog steeds gebruikt in de meeste computers die tegenwoordig worden geproduceerd.
Een op Von Neumann gebaseerde computer:
- Gebruikt een enkele processor
- Gebruikt één geheugen voor zowel instructies als gegevens.
- Uitvoert programma’s uit volgens de “fetch-decode-execute”-cyclus
Componenten van Von-Neumann-model:
- Centrale verwerkingseenheid
- Bussen
- Geheugeneenheid
Centrale verwerkingseenheid
Het gedeelte van de computer dat het grootste deel van de gegevensverwerkende bewerkingen uitvoert, wordt de Centrale verwerkingseenheid genoemd en wordt aangeduid als de CPU.
De Centrale Verwerkingseenheid kan ook worden gedefinieerd als een elektrisch circuit dat verantwoordelijk is voor de uitvoering van de instructies van een computerprogramma.
De CPU voert een verscheidenheid aan functies uit die worden gedicteerd door het type instructies dat in de computer is opgenomen.
De belangrijkste onderdelen van de CPU zijn de rekenkundige en logische eenheid (ALU), de regeleenheid (CU) en een aantal registers.
rekenkundige en logische eenheid (ALU)
De rekenkundige en logische eenheid (ALU) voert de vereiste microoperaties uit voor de uitvoering van de instructies. Eenvoudig gezegd kunnen met de ALU rekenkundige (optellen, aftrekken, enz.) en logische (AND, OR, NOT, enz.) bewerkingen worden uitgevoerd.
Control Unit
De Control Unit van een computersysteem bestuurt de bewerkingen van componenten als ALU, geheugen en input/output devices.
De Besturingseenheid bestaat uit een programmateller die het adres bevat van de instructies die moeten worden opgehaald en een instructieregister waarin instructies uit het geheugen worden opgehaald om te worden uitgevoerd.
Registers
Registers verwijzen naar opslaggebieden met hoge snelheid in de CPU. De gegevens die door de CPU worden verwerkt, worden uit de registers gehaald.
Hieronder volgt de lijst van registers die een cruciale rol spelen bij de gegevensverwerking.
| Registers | Beschrijving |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Dit register bevat de geheugenlocatie van de gegevens waartoe toegang moet worden verkregen. |
| MDR (Memory Data Register) | Dit register bevat de gegevens die van of naar het geheugen worden overgebracht. |
| AC (Accumulator) | Dit register bevat de tussenliggende rekenkundige en logische resultaten. |
| PC (Program Counter) | Dit register bevat het adres van de volgende uit te voeren instructie. |
| CIR (Current Instruction Register) | Dit register bevat de huidige instructie tijdens de verwerking. |
Bussen
Bussen zijn de middelen waarmee informatie wordt gedeeld tussen de registers in een configuratie-systeem met meerdere registers.
Een busstructuur bestaat uit een reeks gemeenschappelijke lijnen, één voor elke bit van een register, waardoor binaire informatie één voor één wordt overgedragen. Stuursignalen bepalen welk register wordt geselecteerd door de bus tijdens elke specifieke registeroverdracht.
Von-Neumann Architectuur bestaat uit drie belangrijke bussystemen voor gegevensoverdracht.
| Bus | Beschrijving |
|---|---|
| Address Bus | Address Bus vervoert het adres van gegevens (maar niet de gegevens) tussen de processor en het geheugen. |
| Data Bus | Data Bus transporteert data tussen de processor, de geheugeneenheid en de input/output apparaten. |
| Control Bus | Control Bus transporteert signalen/commando’s van de CPU. |
Geheugeleenheid
Een geheugeleenheid is een verzameling opslagcellen samen met de bijbehorende schakelingen die nodig zijn om informatie in en uit het geheugen over te brengen. Het geheugen slaat binaire informatie op in groepen bits die woorden worden genoemd. De interne structuur van een geheugeneenheid wordt bepaald door het aantal woorden dat het bevat en het aantal bits in elk woord.
Twee hoofdtypen geheugens worden in computersystemen gebruikt:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)