Von-Neumann zaproponował swój projekt architektury komputera w 1945 roku, który był później znany jako Architektura Von-Neumanna. Składał się on z jednostki sterującej, jednostki arytmetycznej i pamięci logicznej (ALU), rejestrów i wejść/wyjść.
Architektura Von Neumanna jest oparta na koncepcji komputera z zapisanym programem, gdzie dane instrukcji i dane programu są przechowywane w tej samej pamięci. Ta konstrukcja jest nadal stosowana w większości produkowanych obecnie komputerów.
Komputer oparty na architekturze Von Neumanna:
- Używa pojedynczego procesora
- Używa jednej pamięci zarówno dla instrukcji, jak i danych.
- Wykonuje programy zgodnie z cyklem fetch-decode-execute
Komponenty modelu Von-Neumanna:
- Centralna Jednostka Przetwarzania
- Przewody
- Pamięć
Centralna Jednostka Przetwarzania
Część komputera, która wykonuje większość operacji przetwarzania danych, nosi nazwę Centralnej Jednostki Przetwarzania i jest określana jako CPU.
Centralna Jednostka Przetwarzająca może być również zdefiniowana jako obwód elektryczny odpowiedzialny za wykonywanie instrukcji programu komputerowego.
Centralna Jednostka Przetwarzająca wykonuje różne funkcje podyktowane rodzajem instrukcji, które są włączone do komputera.
Główne elementy CPU to jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU), jednostka sterująca (CU) i wiele rejestrów.
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU)
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) wykonuje wymagane mikrooperacje w celu wykonania instrukcji. W prostych słowach, ALU umożliwia wykonywanie operacji arytmetycznych (dodawanie, odejmowanie itp.) i logicznych (AND, OR, NOT itp.).
Jednostka sterująca
Jednostka sterująca systemu komputerowego kontroluje operacje takich elementów, jak ALU, pamięć i urządzenia wejścia/wyjścia.
Jednostka sterująca składa się z licznika programu, który zawiera adres instrukcji do pobrania, oraz rejestru instrukcji, do którego pobierane są instrukcje z pamięci w celu ich wykonania.
Registry
Registry odnoszą się do szybkich obszarów przechowywania danych w procesorze. Dane przetwarzane przez procesor są pobierane z rejestrów.
Poniżej znajduje się lista rejestrów, które odgrywają kluczową rolę w przetwarzaniu danych.
| Registry | Opis |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Ten rejestr przechowuje lokalizację pamięci danych, do których należy uzyskać dostęp. |
| MDR (Memory Data Register) | Ten rejestr przechowuje dane, które są przesyłane do lub z pamięci. |
| AC (Accumulator) | Ten rejestr przechowuje pośrednie wyniki arytmetyczne i logiczne. |
| PC (Program Counter) | Ten rejestr zawiera adres następnej instrukcji do wykonania. |
| CIR (Current Instruction Register) | Ten rejestr zawiera bieżącą instrukcję podczas przetwarzania. |
Sygnały magistrali
Sygnały magistrali są środkami, za pomocą których informacje są współdzielone między rejestrami w systemie konfiguracji wielu rejestrów.
Struktura magistrali składa się z zestawu wspólnych linii, po jednej dla każdego bitu rejestru, przez które informacje binarne są przesyłane po kolei. Sygnały sterujące określają, który rejestr jest wybierany przez magistralę podczas każdego konkretnego transferu rejestru.
Architektura Von-Neumanna składająca się z trzech głównych systemów magistral do przesyłania danych.
| Szyna | Opis |
|---|---|
| Szyna adresowa | Szyna adresowa przenosi adres danych (ale nie dane) między procesorem a pamięcią. |
| Data Bus | Data Bus przenosi dane między procesorem, jednostką pamięci i urządzeniami wejścia/wyjścia. |
| Control Bus | Control Bus przenosi sygnały/rozkazy z procesora. |
Jednostka pamięci
Jednostka pamięci to zbiór komórek pamięci wraz z powiązanymi obwodami potrzebnymi do przenoszenia informacji do i z pamięci. Pamięć przechowuje informacje binarne w grupach bitów zwanych słów. Wewnętrzna struktura jednostki pamięci jest określona przez liczbę słów, które zawiera i liczbę bitów w każdym słowie.
Dwa główne rodzaje pamięci są używane w systemach komputerowych:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)
.