Von-Neumann zaproponował swój projekt architektury komputerowej w 1945 roku, który później był znany jako Architektura Von-Neumanna. Składał się z jednostki sterującej, jednostki arytmetycznej i pamięci logicznej (ALU), rejestrów oraz wejść/wyjść.
Architektura Von Neumanna opiera się na koncepcji komputera z zapisanym programem, w której dane instrukcji i dane programu są przechowywane w tej samej pamięci. Konstrukcja ta jest nadal stosowana w większości produkowanych obecnie komputerów.
Komputer oparty na technologii von Neumanna:
- Używa jednego procesora
- Używa jednej pamięci dla instrukcji i danych.
- Wykonuje programy zgodnie z cyklem pobierz-dekoduj-wykonaj
Składniki modelu von Neumanna:
- Jednostka centralna
- Autobusy
- Jednostka pamięci
Jednostka centralna
Część komputera, która wykonuje większość operacji przetwarzania danych, nazywana jest jednostką centralną i nazywana jest procesorem.
Centralną Jednostkę Przetwarzającą można również zdefiniować jako obwód elektryczny odpowiedzialny za wykonywanie instrukcji programu komputerowego.
długo do napisania Java
Procesor wykonuje różnorodne funkcje podyktowane rodzajem instrukcji wbudowanych w komputer.
Głównymi elementami procesora są jednostka arytmetyczna i logiczna (ALU), jednostka sterująca (CU) i różne rejestry.
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU)
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) wykonuje wymagane mikrooperacje w celu wykonania instrukcji. Krótko mówiąc, ALU umożliwia wykonywanie operacji arytmetycznych (dodawanie, odejmowanie itp.) i logicznych (AND, OR, NOT itp.).
Jednostka sterująca
Jednostka sterująca systemu komputerowego steruje działaniem komponentów, takich jak jednostka ALU, pamięć i urządzenia wejścia/wyjścia.
Jednostka Sterująca składa się z licznika programu zawierającego adres instrukcji do pobrania oraz rejestru instrukcji, do którego instrukcje są pobierane z pamięci w celu wykonania.
Rejestry
Rejestry odnoszą się do szybkich obszarów pamięci w procesorze. Dane przetwarzane przez CPU pobierane są z rejestrów.
Poniżej znajduje się lista rejestrów, które odgrywają kluczową rolę w przetwarzaniu danych.
| Rejestry | Opis |
|---|---|
| MAR (rejestr adresów pamięci) | Rejestr ten przechowuje lokalizację w pamięci danych, do których należy uzyskać dostęp. |
| MDR (rejestr danych pamięci) | Rejestr ten przechowuje dane przesyłane do lub z pamięci. |
| AC (akumulator) | Rejestr ten przechowuje pośrednie wyniki arytmetyczne i logiczne. |
| PC (licznik programów) | Rejestr ten zawiera adres następnej instrukcji do wykonania. |
| CIR (Rejestr instrukcji bieżących) | Rejestr ten zawiera aktualną instrukcję podczas przetwarzania. |
Autobusy
Magistrale są środkiem wymiany informacji pomiędzy rejestrami w systemie konfiguracji z wieloma rejestrami.
Struktura magistrali składa się z zestawu wspólnych linii, po jednej dla każdego bitu rejestru, przez które pojedynczo przesyłana jest informacja binarna. Sygnały sterujące określają, który rejestr jest wybierany przez magistralę podczas każdego konkretnego transferu rejestrów.
Architektura Von-Neumanna składa się z trzech głównych systemów magistrali do przesyłania danych.
| Autobus | Opis |
|---|---|
| Autobus adresowy | Magistrala adresowa przenosi adres danych (ale nie danych) pomiędzy procesorem a pamięcią. |
| Autobus danych | Magistrala danych przenosi dane pomiędzy procesorem, modułem pamięci i urządzeniami wejścia/wyjścia. |
| Autobus kontrolny | Magistrala sterująca przenosi sygnały/polecenia z procesora. |
Jednostka pamięci
Jednostka pamięci to zbiór komórek pamięci wraz z powiązanymi obwodami potrzebnymi do przesyłania informacji do i z pamięci. Pamięć przechowuje informacje binarne w grupach bitów zwanych słowami. Wewnętrzna struktura jednostki pamięci jest określona przez liczbę zawartych w niej słów i liczbę bitów w każdym słowie.
W systemach komputerowych stosowane są dwa główne typy pamięci:
- RAM (pamięć o dostępie swobodnym)
- ROM (pamięć tylko do odczytu)