Фон-Нейман запропонував свій дизайн комп’ютерної архітектури в 1945 році, який пізніше отримав назву «Архітектура фон-Неймана». Він складався з блоку керування, блоку арифметичної та логічної пам’яті (ALU), регістрів і входів/виходів.
Архітектура фон Неймана заснована на концепції комп’ютера зі збереженою програмою, де дані інструкцій і дані програми зберігаються в одній пам’яті. Ця конструкція все ще використовується в більшості комп’ютерів, що випускаються сьогодні.
абстрактні методи
Комп'ютер на основі фон Неймана:
- Використовує один процесор
- Використовує одну пам'ять як для інструкцій, так і для даних.
- Виконує програми за циклом вибірка-декодування-виконання
Компоненти моделі фон-Неймана:
- Центральний процесор
- Автобуси
- Блок пам'яті
Центральний процесор
Частина комп’ютера, яка виконує основну частину операцій обробки даних, називається центральним процесором і називається ЦП.
Центральний процесор також можна визначити як електричне коло, відповідальне за виконання команд комп’ютерної програми.
Центральний процесор виконує різноманітні функції, що визначаються типом інструкцій, вбудованих у комп’ютер.
Основними компонентами центрального процесора є арифметичний і логічний блок (ALU), блок керування (CU) і різноманітні регістри.
Арифметико-логічний блок (ALU)
Арифметико-логічний блок (ALU) виконує необхідні мікрооперації для виконання інструкцій. Простими словами, ALU дозволяє виконувати арифметичні (додавання, віднімання тощо) і логічні операції (І, АБО, НІ тощо).
Пристрій управління
Блок керування комп’ютерної системи контролює роботу таких компонентів, як ALU, пам’ять і пристрої введення/виведення.
Блок керування складається з програмного лічильника, який містить адресу інструкцій, які потрібно отримати, і регістру інструкцій, у який інструкції вибираються з пам’яті для виконання.
таблиця в реагувати
Реєстри
Регістри відносяться до високошвидкісних областей зберігання в ЦП. Дані, оброблені центральним процесором, витягуються з регістрів.
Нижче наведено список регістрів, які відіграють вирішальну роль в обробці даних.
| Реєстри | опис |
|---|---|
| MAR (реєстр адрес пам'яті) | У цьому регістрі зберігається розташування даних, до яких потрібно отримати доступ. |
| MDR (регістр даних пам'яті) | У цьому регістрі зберігаються дані, які передаються в пам’ять або з неї. |
| AC (Акумулятор) | Цей регістр містить проміжні арифметичні та логічні результати. |
| ПК (Лічильник програм) | Цей регістр містить адресу наступної інструкції, яка має бути виконана. |
| CIR (реєстр поточних інструкцій) | Цей регістр містить поточну інструкцію під час обробки. |
Автобуси
Шини — це засоби, за допомогою яких інформація розподіляється між регістрами в системі конфігурації з декількома регістрами.
Структура шини складається з набору загальних ліній, по одній для кожного біта регістра, через які двійкова інформація передається одна за одною. Керуючі сигнали визначають, який регістр вибирається шиною під час кожної конкретної передачі регістра.
Архітектура фон-Неймана складається з трьох основних шинних систем для передачі даних.
| Автобус | опис |
|---|---|
| Адресна шина | Адресна шина передає адресу даних (але не даних) між процесором і пам'яттю. |
| Шина даних | Шина даних передає дані між процесором, блоком пам'яті та пристроями введення/виведення. |
| Контрольна шина | Шина керування передає сигнали/команди від ЦП. |
Блок пам'яті
Блок пам’яті — це сукупність комірок пам’яті разом із пов’язаними з ними схемами, необхідними для передачі інформації в сховище та з нього. Пам'ять зберігає двійкову інформацію в групах бітів, які називаються словами. Внутрішня структура блоку пам'яті визначається кількістю слів, які він містить, і кількістю бітів у кожному слові.
У комп’ютерних системах використовуються два основних типи пам’яті:
- RAM (оперативна пам'ять)
- ROM (постійна пам'ять)