Architektura Von Neumanna została po raz pierwszy opublikowana przez Johna von Neumanna w 1945 roku.
Jego projekt architektury komputerowej składa się z jednostki sterującej, jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU), jednostki pamięci, rejestrów i wejść/wyjść.
Architektura Von Neumanna jest oparta na koncepcji komputera z zapisanym programem, gdzie dane instrukcji i dane programu są przechowywane w tej samej pamięci. Ta konstrukcja jest nadal stosowana w większości produkowanych obecnie komputerów.
Centralna jednostka przetwarzająca (CPU)
Centralna jednostka przetwarzająca (CPU) jest układem elektronicznym odpowiedzialnym za wykonywanie instrukcji programu komputerowego.
Jest on czasami określany jako mikroprocesor lub procesor.
Procesor zawiera ALU, CU i różne rejestry.
Rejestry
Rejestry są obszarami pamięci masowej o dużej szybkości w procesorze. Wszystkie dane muszą być przechowywane w rejestrze, zanim będą mogły być przetwarzane.
| MAR | Rejestr adresu pamięci | Przechowuje lokalizację w pamięci danych, które muszą być dostępne |
|---|---|---|
| MDR | Rejestr danych pamięci Rejestr danych pamięci | Przechowuje dane przesyłane do lub z pamięci |
| AC | Akumulator | Gdzie przechowywane są pośrednie wyniki arytmetyczne i logiczne są przechowywane |
| PC | Licznik programu | Zawiera adres następnej instrukcji do wykonania |
| CIR | Rejestr instrukcji bieżących Instruction Register | Zawiera bieżącą instrukcję w trakcie przetwarzania |
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU)
Jednostka ALU umożliwia arytmetykę (dodawanie, odejmowanie itp.) i operacje logiczne (AND, OR, NOT itp.) do wykonania.
Jednostka sterująca (CU)
Jednostka sterująca kontroluje działanie ALU, pamięci i urządzeń wejścia/wyjścia komputera, mówiąc im, jak mają reagować na instrukcje programu, które właśnie odczytała i zinterpretowała z jednostki pamięci.
Jednostka sterująca dostarcza również sygnały czasowe i sterujące wymagane przez inne elementy komputera.
Szyny
Szyny są środkami, za pomocą których dane są przesyłane z jednej części komputera do drugiej, łącząc wszystkie główne elementy wewnętrzne z procesorem i pamięcią.
Standardowa szyna systemowa procesora składa się z szyny sterującej, szyny danych i szyny adresowej.
Przewozi adresy danych (ale nie dane) między procesorem a pamięcią
Przewozi dane między procesorem, jednostką pamięci i urządzeniami wejścia/wyjścia
Przenosi sygnały/rozkazy sterujące z procesora (i sygnały stanu z innych urządzeń) w celu kontrolowania i koordynowania wszystkich działań w komputerze
Jednostka pamięci
Jednostka pamięci składa się z pamięci RAM, czasami nazywanej pamięcią podstawową lub główną. W przeciwieństwie do dysku twardego (pamięć drugorzędna), pamięć ta jest szybka, a także bezpośrednio dostępna dla procesora.
Pamięć RAM jest podzielona na partycje. Każda partycja składa się z adresu i jej zawartości (obie w postaci binarnej).
Adres jednoznacznie identyfikuje każdą lokalizację w pamięci.
Wprowadzanie danych z pamięci stałej (dysk twardy), do szybszej i bezpośrednio dostępnej pamięci tymczasowej (RAM), pozwala procesorowi działać znacznie szybciej.