Von Neumannin arkkitehtuurin julkaisi ensimmäisen kerran John von Neumann vuonna 1945.
Hänen tietokonearkkitehtuurisuunnitelmansa koostuu ohjausyksiköstä, aritmeettis-loogisesta yksiköstä (ALU), muistiyksiköstä, rekistereistä ja tuloista/lähtöihin.
Von Neumannin arkkitehtuuri perustuu tallennetun ohjelman tietokoneen konseptiin, jossa käskytieto ja ohjelmatieto on tallennettu samaan muistiin. Tätä rakennetta käytetään edelleen useimmissa nykyisin valmistetuissa tietokoneissa.
Keskuskeskusyksikkö (CPU)
Keskuskeskusyksikkö (CPU) on elektroninen piiri, joka vastaa tietokoneohjelman ohjeiden suorittamisesta.
Sitä kutsutaan joskus mikroprosessoriksi tai prosessoriksi.
Keskusyksikkö sisältää ALU:n, CU:n ja erilaisia rekistereitä.
Rekisterit
Rekisterit ovat keskusyksikön nopeita tallennusalueita. Kaikki data on tallennettava rekisteriin ennen kuin sitä voidaan käsitellä.
| MAR | Muistiosoiterekisteri | Sisältää muistipaikan, jossa on dataa, johon on päästävä käsiksi |
|---|---|---|
| MDR | Muistiin. Data Register | Sisältää dataa, jota siirretään muistiin tai muistista |
| AC | Accumulator | Jossa aritmeettiset ja loogiset välitulokset ovat tallessa. tallennetaan |
| PC | Ohjelmalaskuri | Sisältää seuraavan suoritettavan käskyn osoitteen |
| CIR | Nykyinen Instruction Register | Sisältää nykyisen käskyn käsittelyn aikana |
Aritmeettinen ja looginen yksikkö (ALU)
ALU mahdollistaa aritmeettiset (add, vähennys jne.) ja logiikkaoperaatiot (AND, OR, NOT jne.).
Säätöyksikkö (CU)
Säätöyksikkö ohjaa tietokoneen ALU:n, muistin ja tulo-/lähtölaitteiden toimintaa käskemällä niille, miten niiden on reagoitava niihin ohjelmakäskyihin, jotka se on juuri lukenut ja tulkinnut muistiyksiköstä.
Ohjausyksikkö antaa myös muiden tietokoneen komponenttien tarvitsemat ajoitus- ja ohjaussignaalit.
Väylät
Väylät ovat keino, jolla tiedot siirretään tietokoneen yhdestä osasta toiseen, ja ne yhdistävät kaikki tärkeät sisäiset komponentit keskusyksikköön (CPU) ja muistiin.
Vakiomuotoinen CPU:n järjestelmäväylä koostuu ohjausväylästä, tiedonsiirtoväylästä (dataväylästä) ja osoiteväylästä (osoiteväylästä).
Kuljettaa datan osoitteet (mutta ei dataa) prosessorin ja muistin välillä
Kuljettaa dataa prosessorin välillä, muistiyksikön ja tulo-/lähtölaitteiden välillä
Kuljettaa ohjaussignaaleja/käskyjä suorittimelta (ja tilasignaaleja muilta laitteilta) kaikkien tietokoneen toimintojen ohjaamiseksi ja koordinoimiseksi
muistiyksikkö
Muistiyksikkö koostuu RAM-muistista (RAM-tietomuistista), johon viitataan toisinaan myös nimellä primääri- tai keskusmuisti. Toisin kuin kiintolevy (toissijainen muisti), tämä muisti on nopea ja myös suoraan suorittimen käytettävissä.
Muisti on jaettu osioihin. Kukin osio koostuu osoitteesta ja sen sisällöstä (molemmat binäärimuodossa).
Osoite yksilöi yksiselitteisesti jokaisen muistipaikan.
Tietojen lataaminen pysyvästä muistista (kiintolevy) nopeampaan ja suoraan käytettävissä olevaan väliaikaiseen muistiin (RAM) antaa suorittimelle mahdollisuuden toimia paljon nopeammin.