Von-Neumann föreslog sin datorarkitektur 1945 som senare blev känd som Von-Neumann-arkitekturen. Den bestod av en kontrollenhet, en aritmetisk och logisk minnesenhet (ALU), register och in- och utgångar.
Von-Neumann-arkitekturen bygger på datorkonceptet med lagrade program, där instruktionsdata och programdata lagras i samma minne. Denna konstruktion används fortfarande i de flesta datorer som tillverkas idag.
En Von Neumann-baserad dator:
- Använder en enda processor
- Använder ett minne för både instruktioner och data.
- Utför program enligt cykeln hämta-dekoda-utföra
Komponenter i Von-Neumann-modellen:
- Central Processing Unit
- Bussar
- Memory Unit
Central Processing Unit
Den del av datorn som utför huvuddelen av databehandlingsoperationerna kallas för central processorenhet och kallas CPU.
Central Processing Unit kan också definieras som en elektrisk krets som ansvarar för att utföra instruktionerna i ett datorprogram.
CTP:n utför en mängd olika funktioner som dikteras av den typ av instruktioner som är inbyggda i datorn.
De viktigaste komponenterna i CPU:n är aritmetisk och logisk enhet (ALU), kontrollenhet (CU) och en mängd olika register.
Aritmetisk och logisk enhet (ALU)
Aritmetisk och logisk enhet (ALU) utför de mikrooperationer som krävs för att utföra instruktionerna. Med enkla ord gör ALU det möjligt att utföra aritmetiska (addera, subtrahera osv.) och logiska (AND, OR, NOT osv.) operationer.
Control Unit
Kontrollenheten i ett datorsystem kontrollerar driften av komponenter som ALU, minne och in- och utdataenheter.
Kontrollenheten består av en programräknare som innehåller adressen till de instruktioner som ska hämtas och ett instruktionsregister i vilket instruktioner hämtas från minnet för utförande.
Register
Register hänvisar till höghastighetslagringsområden i processorn. De data som bearbetas av CPU:n hämtas från registren.
Nedan följer en lista över register som spelar en avgörande roll vid databehandling.
| Register | Beskrivning |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Detta register innehåller minnesplatsen för de data som ska nås. |
| MDR (Memory Data Register) | Detta register innehåller de data som överförs till eller från minnet. |
| AC (Accumulator) | Detta register innehåller de aritmetiska och logiska mellanresultaten. |
| PC (Program Counter) | Detta register innehåller adressen till nästa instruktion som ska exekveras. |
| CIR (Current Instruction Register) | Detta register innehåller den aktuella instruktionen under bearbetning. |
Bussar
Bussar är det sätt på vilket information delas mellan registren i ett konfigurationssystem med flera register.
En bussstruktur består av en uppsättning gemensamma linjer, en för varje bit i ett register, genom vilka binär information överförs en i taget. Styrsignaler bestämmer vilket register som väljs av bussen under varje enskild registeröverföring.
Von-Neumann-arkitekturen består av tre större bussystem för dataöverföring.
| Bus | Beskrivning |
|---|---|
| Adressbuss | Adressbuss transporterar datans adress (men inte datan) mellan processor och minne. |
| Databuss | Databuss överför data mellan processorn, minnesenheten och in- och utmatningsenheterna. |
| Kontrollbuss | Kontrollbuss överför signaler/kommandon från processorn. |
Minnesenhet
En minnesenhet är en samling lagringsceller tillsammans med tillhörande kretsar som behövs för att överföra information till och från lagret. Minnet lagrar binär information i grupper av bitar som kallas ord. Den interna strukturen hos en minnesenhet specificeras av antalet ord som den innehåller och antalet bitar i varje ord.
Två huvudtyper av minnen används i datorsystem:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)