Von-Neumann navrhl v roce 1945 svůj návrh počítačové architektury, který byl později znám jako Von-Neumannova architektura. Skládala se z řídicí jednotky, aritmetické a logické paměťové jednotky (ALU), registrů a vstupů/výstupů.
Von Neumannova architektura je založena na koncepci počítače s uloženým programem, kde jsou data instrukcí a data programu uložena ve stejné paměti. Tato konstrukce se stále používá ve většině dnes vyráběných počítačů.
Počítač založený na Von Neumannově koncepci:
- Využívá jeden procesor
- Využívá jednu paměť pro instrukce i data.
- Vykonává programy podle cyklu načti-dekóduj-vykonej
Složky Von-Neumannova modelu:
- Centrální procesorová jednotka
- Sběrnice
- Paměťová jednotka
Centrální procesorová jednotka
Část počítače, která provádí většinu operací zpracování dat, se nazývá centrální procesorová jednotka a označuje se jako CPU.
Centrální procesorovou jednotku lze také definovat jako elektrický obvod odpovědný za provádění instrukcí počítačového programu.
Centrální procesor vykonává řadu funkcí daných typem instrukcí, které jsou v počítači obsaženy.
Hlavními součástmi CPU jsou aritmeticko-logická jednotka (ALU), řídicí jednotka (CU) a řada registrů.
Aritmeticko-logická jednotka (ALU)
Aritmeticko-logická jednotka (ALU) provádí potřebné mikrooperace pro provádění instrukcí. Zjednodušeně řečeno, ALU umožňuje provádět aritmetické (sčítání, odčítání atd.) a logické (AND, OR, NOT atd.) operace.
Řídicí jednotka
Řídicí jednotka počítačového systému řídí operace komponent, jako je ALU, paměť a vstupní/výstupní zařízení.
Řídicí jednotka se skládá z programového čítače, který obsahuje adresu instrukcí, jež mají být načteny, a z registru instrukcí, do kterého se instrukce načítají z paměti k provedení.
Registry
Registry označují vysokorychlostní paměťové oblasti v procesoru. Data zpracovávaná procesorem se načítají z registrů.
Následuje seznam registrů, které hrají klíčovou roli při zpracování dat.
| Registry | Popis |
|---|---|
| MAR (Memory Address Register) | Tento registr uchovává umístění dat v paměti, ke kterým je třeba přistoupit. |
| MDR (Memory Data Register) | Tento registr uchovává data, která se přenášejí do paměti nebo z paměti. |
| AC (Accumulator) | Tento registr uchovává průběžné aritmetické a logické výsledky. |
| PC (Program Counter) | Tento registr obsahuje adresu následující instrukce, která má být provedena. |
| CIR (Current Instruction Register) | Tento registr obsahuje aktuální instrukci během zpracování. |
Sběrnice
Sběrnice jsou prostředky, kterými se sdílejí informace mezi registry v konfiguračním systému s více registry.
Struktura sběrnice se skládá ze sady společných linek, jedné pro každý bit registru, přes které se postupně přenášejí binární informace. Řídicí signály určují, který registr je sběrnicí vybrán při každém konkrétním přenosu registru.
Von-Neumannova architektura se skládá ze tří hlavních sběrnicových systémů pro přenos dat.
| Sběrnice | Popis |
|---|---|
| Adresová sběrnice | Adresová sběrnice přenáší adresu dat (ale ne data) mezi procesorem a pamětí. |
| Datová sběrnice | Datová sběrnice přenáší data mezi procesorem, paměťovou jednotkou a vstupními/výstupními zařízeními. |
| Řídicí sběrnice | Řídicí sběrnice přenáší signály/příkazy z procesoru. |
Paměťová jednotka
Paměťová jednotka je soubor paměťových buněk spolu s přidruženými obvody potřebnými pro přenos informací do paměti a z paměti. Paměť uchovává binární informace ve skupinách bitů nazývaných slova. Vnitřní struktura paměťové jednotky je určena počtem slov, která obsahuje, a počtem bitů v každém slově.
V počítačových systémech se používají dva hlavní typy pamětí:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Read-Only Memory)
.