Von-Neumann propôs o seu desenho de arquitectura informática em 1945 que mais tarde ficou conhecido como Von-Neumann Architecture. Consistia em uma Unidade de Controle, Aritmética e Unidade de Memória Lógica (ALU), Registros e Entradas/Saídas.
A arquitectura Von Neumann é baseada no conceito de computador de programa armazenado, onde os dados de instrução e os dados de programa são armazenados na mesma memória. Este design ainda é usado na maioria dos computadores produzidos hoje.
Um computador baseado no Von Neumann:
- Usa um único processador
- Usa uma memória tanto para as instruções como para os dados.
- Executar programas seguindo o ciclo fetch-decode-execute
Componentes do modelo Von-Neumann:
- Unidade Central de Processamento
- Bus
- Unidade Memória
Unidade Central de Processamento
A parte do Computador que executa a maior parte das operações de processamento de dados chama-se Unidade Central de Processamento e é referida como CPU.
A Unidade Central de Processamento também pode ser definida como um circuito elétrico responsável pela execução das instruções de um programa de computador.
A CPU executa uma variedade de funções ditadas pelo tipo de instruções que são incorporadas no computador.
Os principais componentes da CPU são a Unidade Aritmética e Lógica (ALU), Unidade de Controlo (CU) e uma variedade de registos.
Unidade Aritmética e Lógica (ALU)
A Unidade Aritmética e Lógica (ALU) executa as micro-operações necessárias para executar as instruções. Em palavras simples, a ALU permite realizar operações aritméticas (adicionar, subtrair, etc.) e lógicas (AND, OR, NOT, etc.).
Unidade de Controlo
A Unidade de Controlo de um sistema informático controla as operações de componentes como a ALU, memória e dispositivos de entrada/saída.
A Unidade de Controle consiste em um contador de programa que contém o endereço das instruções a serem buscadas e um registro de instruções no qual as instruções são buscadas da memória para execução.
Registros
Registros referem-se a áreas de armazenamento de alta velocidade na CPU. Os dados processados pela CPU são obtidos dos registros.
Seguindo é a lista de registros que desempenha um papel crucial no processamento de dados.
| Registros | Descrição |
|---|---|
| MAR (Registro de Endereço de Memória) | Este registro mantém a localização da memória dos dados que precisam ser acessados. |
| MDR (Registro de dados da memória) | Este registro guarda os dados que estão sendo transferidos de ou para a memória. |
| AC (Acumulador) | Este registro guarda os resultados lógicos e aritméticos intermediários. |
| PC (Contador de Programas) | Este registro contém o endereço da próxima instrução a ser executada. |
| CIR (Current Instruction Register) | Este registro contém a instrução atual durante o processamento. |
Bus
Bus são o meio pelo qual a informação é compartilhada entre os registros em um sistema de configuração de múltiplos registros.
Uma estrutura de barramento consiste em um conjunto de linhas comuns, uma para cada bit de um registro, através das quais a informação binária é transferida uma de cada vez. Os sinais de controle determinam qual registro é selecionado pelo barramento durante cada transferência de registro em particular.
Arquitetura von-Neumann composta de três sistemas principais de barramento para transferência de dados.
| Bus | Descrição |
|---|---|
| Bus de endereço | Bus de endereço transporta o endereço dos dados (mas não os dados) entre o processador e a memória. |
| Barramento de dados | Barramento de dados transporta os dados entre o processador, a unidade de memória e os dispositivos de entrada/saída. |
| Barramento de controle | Barramento de controle transporta os sinais/comandos do CPU. |
Unidade de memória
Uma unidade de memória é um conjunto de células de armazenamento juntamente com circuitos associados necessários para transferir informação para dentro e para fora do armazenamento. A memória armazena informação binária em grupos de bits chamados palavras. A estrutura interna de uma unidade de memória é especificada pelo número de palavras que ela contém e o número de bits em cada palavra.
Dois tipos principais de memória são usados em sistemas de computador:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)