Von-Neumann je leta 1945 predlagal svojo zasnovo računalniške arhitekture, ki je bila kasneje znana kot Von-Neumannova arhitektura. Sestavljen je iz krmilne enote, aritmetične in logične pomnilniške enote (ALU), registrov in vhodov/izhodov.
Von Neumannova arhitektura temelji na konceptu računalnika s shranjenim programom, kjer so podatki o navodilih in podatki o programu shranjeni v istem pomnilniku. Ta oblika se še vedno uporablja v večini današnjih računalnikov.
Von Neumannov računalnik:
- Uporablja en sam procesor
- Uporablja en pomnilnik za navodila in podatke.
- Izvaja programe po ciklu pridobivanja-dekodiranja-izvajanja
Komponente Von-Neumannovega modela:
- Centralna procesna enota
- Avtobusi
- Pomnilniška enota
Centralna procesna enota
Del računalnika, ki izvaja večino operacij obdelave podatkov, se imenuje centralna procesna enota in se imenuje CPE.
Centralno procesno enoto lahko definiramo tudi kot električno vezje, odgovorno za izvajanje navodil računalniškega programa.
CPE izvaja različne funkcije, ki jih narekuje vrsta navodil, ki so vključena v računalnik.
Glavne komponente CPE so aritmetična in logična enota (ALU), krmilna enota (CU) in različni registri.
Aritmetična in logična enota (ALU)
Aritmetična in logična enota (ALU) izvaja zahtevane mikrooperacije za izvajanje navodil. Preprosto povedano, ALU omogoča izvajanje aritmetičnih (seštevanje, odštevanje itd.) in logičnih operacij (IN, ALI, NE itd.).
Kontrolna enota
Nadzorna enota računalniškega sistema nadzoruje delovanje komponent, kot so ALU, pomnilnik in vhodno/izhodne naprave.
Krmilna enota je sestavljena iz programskega števca, ki vsebuje naslov ukazov, ki jih je treba pridobiti, in registra ukazov, v katerega se ukazi pridobijo iz pomnilnika za izvedbo.
Registri
Registri se nanašajo na hitra pomnilniška območja v CPE. Podatki, ki jih obdeluje CPE, se pridobijo iz registrov.
Sledi seznam registrov, ki igrajo ključno vlogo pri obdelavi podatkov.
| Registri | Opis |
|---|---|
| MAR (pomnilniški naslovni register) | Ta register hrani pomnilniško lokacijo podatkov, do katerih je treba dostopati. |
| MDR (pomnilniški podatkovni register) | Ta register hrani podatke, ki se prenašajo v pomnilnik ali iz njega. |
| AC (akumulator) | Ta register vsebuje vmesne aritmetične in logične rezultate. |
| PC (števec programov) | Ta register vsebuje naslov naslednjega ukaza, ki ga je treba izvesti. |
| CIR (Current Instruction Register) | Ta register vsebuje trenutna navodila med obdelavo. |
Avtobusi
Vodila so sredstva, s katerimi se delijo informacije med registri v konfiguracijskem sistemu z več registri.
Struktura vodila je sestavljena iz niza skupnih linij, ena za vsak bit registra, skozi katere se binarne informacije prenašajo ena za drugo. Krmilni signali določajo, kateri register izbere vodilo pri posameznem prenosu registra.
Von-Neumannova arhitektura je sestavljena iz treh glavnih sistemov vodil za prenos podatkov.
| Avtobus | Opis |
|---|---|
| Naslov Bus | Naslovno vodilo prenaša naslov podatkov (vendar ne podatkov) med procesorjem in pomnilnikom. |
| Podatkovno vodilo | Podatkovno vodilo prenaša podatke med procesorjem, pomnilniško enoto in vhodno/izhodnimi napravami. |
| Nadzorno vodilo | Control Bus prenaša signale/ukaze iz CPE. |
Pomnilniška enota
Pomnilniška enota je zbirka celic za shranjevanje skupaj s pripadajočimi vezji, potrebnimi za prenos informacij v in iz pomnilnika. Pomnilnik shranjuje binarne informacije v skupinah bitov, imenovanih besede. Notranja struktura pomnilniške enote je določena s številom besed, ki jih vsebuje, in številom bitov v vsaki besedi.
V računalniških sistemih se uporabljata dve glavni vrsti pomnilnikov:
- RAM (pomnilnik z naključnim dostopom)
- ROM (pomnilnik samo za branje)