Von-Neumann navrhol svoj návrh počítačovej architektúry v roku 1945, ktorý bol neskôr známy ako Von-Neumann Architecture. Pozostával z riadiacej jednotky, aritmetickej a logickej pamäte (ALU), registrov a vstupov/výstupov.
Architektúra von Neumanna je založená na koncepcii počítača s uloženým programom, kde sú dáta inštrukcií a dáta programu uložené v rovnakej pamäti. Tento dizajn sa stále používa vo väčšine počítačov vyrábaných v súčasnosti.
Počítač založený na von Neumannovi:
- Používa jeden procesor
- Používa jednu pamäť pre inštrukcie aj dáta.
- Spúšťa programy po cykle fetch-decode-execute
Komponenty Von-Neumannovho modelu:
- Centrálna procesorová jednotka
- Autobusy
- Pamäťová jednotka
Centrálna procesorová jednotka
Časť počítača, ktorá vykonáva väčšinu operácií spracovania údajov, sa nazýva centrálna procesorová jednotka a označuje sa ako CPU.
Centrálnu procesorovú jednotku možno definovať aj ako elektrický obvod zodpovedný za vykonávanie pokynov počítačového programu.
CPU vykonáva množstvo funkcií, ktoré sú diktované typom inštrukcií, ktoré sú súčasťou počítača.
Hlavnými komponentmi CPU sú aritmetická a logická jednotka (ALU), riadiaca jednotka (CU) a rôzne registre.
Aritmetická a logická jednotka (ALU)
Aritmetická a logická jednotka (ALU) vykonáva požadované mikrooperácie na vykonávanie pokynov. Jednoducho povedané, ALU umožňuje vykonávať aritmetické (sčítanie, odčítanie atď.) a logické (AND, OR, NOT, atď.) operácie.
Kontrolná jednotka
Riadiaca jednotka počítačového systému riadi operácie komponentov ako ALU, pamäť a vstupno/výstupné zariadenia.
Riadiaca jednotka sa skladá z programového počítadla, ktoré obsahuje adresu inštrukcií, ktoré sa majú vyvolať, a registra inštrukcií, do ktorého sú inštrukcie načítané z pamäte na vykonanie.
Registre
Registre sa týkajú vysokorýchlostných úložných oblastí v CPU. Dáta spracovávané CPU sa získavajú z registrov.
Nasleduje zoznam registrov, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu pri spracovaní údajov.
| Registre | Popis |
|---|---|
| MAR (Register adries pamäte) | Tento register obsahuje pamäťové miesto pre dáta, ku ktorým je potrebné pristupovať. |
| MDR (Register údajov o pamäti) | Tento register obsahuje údaje, ktoré sa prenášajú do pamäte alebo z pamäte. |
| AC (Akumulátor) | Tento register obsahuje medziľahlé aritmetické a logické výsledky. |
| PC (počítadlo programov) | Tento register obsahuje adresu ďalšej inštrukcie, ktorá sa má vykonať. |
| CIR (aktuálny register pokynov) | Tento register obsahuje aktuálnu inštrukciu počas spracovania. |
Autobusy
Zbernice sú prostriedky, pomocou ktorých sa informácie zdieľajú medzi registrami v konfiguračnom systéme s viacerými registrami.
bash if vyhlásenie
Štruktúra zbernice pozostáva zo sady spoločných liniek, jednej pre každý bit registra, cez ktoré sa binárne informácie prenášajú jedna po druhej. Riadiace signály určujú, ktorý register vyberie zbernica počas prenosu každého konkrétneho registra.
Von-Neumannova architektúra pozostáva z troch hlavných zbernicových systémov na prenos dát.
| Autobus | Popis |
|---|---|
| Adresná zbernica | Address Bus prenáša adresu dát (ale nie dát) medzi procesorom a pamäťou. |
| Dátová zbernica | Dátová zbernica prenáša dáta medzi procesorom, pamäťovou jednotkou a vstupnými/výstupnými zariadeniami. |
| Riadiaca zbernica | Riadiaca zbernica prenáša signály/príkazy z CPU. |
Pamäťová jednotka
Pamäťová jednotka je súbor pamäťových buniek spolu s pridruženými obvodmi potrebnými na prenos informácií do úložiska a von z neho. Pamäť ukladá binárne informácie v skupinách bitov nazývaných slová. Vnútorná štruktúra pamäťovej jednotky je určená počtom slov, ktoré obsahuje, a počtom bitov v každom slove.
V počítačových systémoch sa používajú dva hlavné typy pamätí:
- RAM (Random Access Memory)
- ROM (Pamäť iba na čítanie)