Von-Neumann a propus în 1945 proiectul său de arhitectură pentru calculatoare care a fost cunoscut mai târziu sub numele de Arhitectura Von-Neumann. Aceasta era compusă dintr-o unitate de control, o unitate de memorie aritmetică și logică (ALU), registre și intrări/ieșiri.
Arhitectura Von Neumann se bazează pe conceptul de calculator cu programe stocate, în care datele de instrucțiuni și datele de program sunt stocate în aceeași memorie. Această concepție este încă utilizată în majoritatea calculatoarelor produse în prezent.
Un calculator bazat pe Von Neumann:
- Utilizează un singur procesor
- Utilizează o singură memorie atât pentru instrucțiuni, cât și pentru date.
- Execută programe urmând ciclul fetch-decode-execute
Componente ale modelului Von-Neumann:
- Unitatea centrală de procesare
- Busuri
- Unitatea de memorie
Unitatea centrală de procesare
Partea calculatorului care efectuează cea mai mare parte a operațiilor de prelucrare a datelor se numește unitatea centrală de procesare și este denumită CPU.
Unitatea Centrală de Prelucrare poate fi, de asemenea, definită ca fiind un circuit electric responsabil pentru executarea instrucțiunilor unui program de calculator.
UCP îndeplinește o varietate de funcții dictate de tipul de instrucțiuni care sunt încorporate în calculator.
Componentele majore ale CPU sunt Unitatea Aritmetică și Logică (ALU), Unitatea de Control (CU) și o varietate de registre.
Unitatea Aritmetică și Logică (ALU)
Unitatea Aritmetică și Logică (ALU)
Unitatea Aritmetică și Logică (ALU) efectuează microoperațiile necesare pentru execuția instrucțiunilor. Cu cuvinte simple, ALU permite efectuarea operațiilor aritmetice (adunare, scădere etc.) și logice (AND, OR, NOT etc.).
Unitatea de control
Unitatea de control a unui sistem informatic controlează operațiunile unor componente precum ALU, memoria și dispozitivele de intrare/ieșire.
Unitatea de control este formată dintr-un contor de program care conține adresa instrucțiunilor ce urmează a fi preluate și un registru de instrucțiuni în care instrucțiunile sunt preluate din memorie pentru a fi executate.
Registre
Registrele se referă la zonele de stocare de mare viteză din CPU. Datele procesate de CPU sunt preluate din registre.
În continuare este prezentată lista registrelor care joacă un rol crucial în procesarea datelor.
| Registre | Descriere | |
|---|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Acest registru conține locația de memorie a datelor care trebuie accesate. | |
| MDR (Registrul de date de memorie) | Acest registru conține datele care sunt transferate în sau din memorie. | |
| AC (Acumulator) | Acest registru conține rezultatele aritmetice și logice intermediare. | |
| PC (Program Counter) | Acest registru conține adresa următoarei instrucțiuni ce urmează a fi executată. | |
| CIR (Current Instruction Register) | Acest registru conține instrucțiunea curentă în timpul procesării. |
Busuri
Busurile sunt mijloacele prin care informația este partajată între registrele dintr-un sistem de configurare cu mai multe registre.
O structură de bus constă dintr-un set de linii comune, câte una pentru fiecare bit al unui registru, prin care informația binară este transferată unul câte unul. Semnalele de control determină ce registru este selectat de magistrală în timpul fiecărui transfer de registru particular.
Arhitectura Von-Neumann este compusă din trei sisteme de magistrale majore pentru transferul de date.
| Bus | Descriere |
|---|---|
| Bus de adrese | Bus de adrese transportă adresa datelor (dar nu și datele) între procesor și memorie. |
| Bus de date | Bus de date transportă date între procesor, unitatea de memorie și dispozitivele de intrare/ieșire. |
| Bus de control | Bus de control transportă semnale/comandă de la CPU. |
Unitatea de memorie
O unitate de memorie este o colecție de celule de memorie împreună cu circuitele asociate necesare pentru a transfera informații în și din memorie. Memoria stochează informații binare în grupuri de biți numite cuvinte. Structura internă a unei unități de memorie este specificată de numărul de cuvinte pe care le conține și de numărul de biți din fiecare cuvânt.
Două tipuri majore de memorii sunt utilizate în sistemele informatice:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)
.