Von-Neumann je 1945. predložio svoj dizajn računalne arhitekture koji je kasnije poznat kao Von-Neumannova arhitektura. Sastojao se od kontrolne jedinice, aritmetičke i logičke memorijske jedinice (ALU), registara i ulaza/izlaza.
Von Neumannova arhitektura temelji se na konceptu računala s pohranjenim programom, gdje su podaci o uputama i podaci o programu pohranjeni u istoj memoriji. Ovaj dizajn se još uvijek koristi u većini današnjih proizvedenih računala.
Von Neumannovo računalo:
- Koristi jedan procesor
- Koristi jednu memoriju i za upute i za podatke.
- Izvršava programe slijedeći ciklus dohvaćanja-dekodiranja-izvršavanja
Komponente Von-Neumannovog modela:
- Središnja procesorska jedinica
- Autobusi
- Memorijska jedinica
Središnja procesorska jedinica
Dio računala koji obavlja većinu operacija obrade podataka naziva se središnja procesorska jedinica i naziva se CPU.
Centralna procesorska jedinica također se može definirati kao električni krug odgovoran za izvršavanje instrukcija računalnog programa.
CPU obavlja niz funkcija koje diktira vrsta instrukcija ugrađenih u računalo.
Glavne komponente CPU-a su aritmetička i logička jedinica (ALU), kontrolna jedinica (CU) i različiti registri.
Aritmetička i logička jedinica (ALU)
Aritmetičko-logička jedinica (ALU) izvodi potrebne mikrooperacije za izvršavanje instrukcija. Jednostavnim riječima, ALU omogućuje izvođenje aritmetičkih (zbrajanje, oduzimanje, itd.) i logičkih (I, ILI, NE, itd.) operacija.
Kontrolna jedinica
Upravljačka jedinica računalnog sustava kontrolira rad komponenti poput ALU, memorije i ulazno/izlaznih uređaja.
Upravljačka jedinica se sastoji od programskog brojača koji sadrži adresu instrukcija koje treba dohvatiti i registra instrukcija u koji se instrukcije dohvaćaju iz memorije za izvršenje.
Registri
Registri se odnose na područja pohrane velike brzine u CPU-u. Podaci koje obrađuje CPU dohvaćaju se iz registara.
Slijedi popis registara koji igraju ključnu ulogu u obradi podataka.
| Registri | Opis |
|---|---|
| MAR (registar memorijske adrese) | Ovaj registar sadrži memorijsku lokaciju podataka kojima je potrebno pristupiti. |
| MDR (registar memorijskih podataka) | Ovaj registar sadrži podatke koji se prenose u ili iz memorije. |
| AC (akumulator) | Ovaj registar sadrži srednje aritmetičke i logičke rezultate. |
| PC (brojač programa) | Ovaj registar sadrži adresu sljedeće instrukcije koju treba izvršiti. |
| CIR (Current Instruction Register) | Ovaj registar sadrži trenutnu instrukciju tijekom obrade. |
Autobusi
Sabirnice su sredstva kojima se informacije dijele između registara u konfiguracijskom sustavu s više registara.
Struktura sabirnice sastoji se od skupa zajedničkih linija, jedne za svaki bit registra, kroz koje se binarne informacije prenose jedna po jedna. Kontrolni signali određuju koji registar odabire sabirnica tijekom svakog pojedinog prijenosa registra.
Von-Neumannova arhitektura sastoji se od tri glavna sustava sabirnica za prijenos podataka.
| Autobus | Opis |
|---|---|
| Adresa Bus | Adresna sabirnica prenosi adresu podataka (ali ne podatke) između procesora i memorije. |
| Podatkovna sabirnica | Podatkovna sabirnica prenosi podatke između procesora, memorijske jedinice i ulazno/izlaznih uređaja. |
| Kontrolna sabirnica | Kontrolna sabirnica prenosi signale/naredbe iz CPU-a. |
Memorijska jedinica
Memorijska jedinica je skup ćelija za pohranu zajedno s pripadajućim krugovima potrebnim za prijenos informacija u i iz pohrane. Memorija pohranjuje binarne informacije u skupinama bitova koji se nazivaju riječi. Unutarnja struktura memorijske jedinice određena je brojem riječi koje sadrži i brojem bitova u svakoj riječi.
U računalnim sustavima koriste se dvije glavne vrste memorija:
- RAM (Memorija s izravnim pristupom)
- ROM (Memorija samo za čitanje)