Fon-Neumann ierosināja savu datoru arhitektūras projektu 1945. gadā, kas vēlāk tika pazīstams kā fon-Neimaņa arhitektūra. Tas sastāvēja no vadības bloka, aritmētiskās un loģiskās atmiņas vienības (ALU), reģistriem un ieejas/izejas.
Fon Neumann arhitektūras pamatā ir saglabāto programmu datora koncepcija, kur instrukciju dati un programmas dati tiek glabāti vienā atmiņā. Šis dizains joprojām tiek izmantots lielākajā daļā šodien ražoto datoru.
Fon Neimana dators:
- Izmanto vienu procesoru
- Izmanto vienu atmiņu gan instrukcijām, gan datiem.
- Izpilda programmas pēc cikla ieneses-dekodēt-izpildīt
Fon-Neimaņa modeļa sastāvdaļas:
- Centrālā procesora bloks
- Autobusi
- Atmiņas vienība
Centrālā procesora bloks
Datora daļu, kas veic lielāko daļu datu apstrādes darbību, sauc par centrālo apstrādes vienību un sauc par centrālo procesoru.
Centrālo procesoru var definēt arī kā elektrisko ķēdi, kas ir atbildīga par datorprogrammas instrukciju izpildi.
CPU veic dažādas funkcijas, ko nosaka datorā iekļauto instrukciju veids.
Galvenās CPU sastāvdaļas ir aritmētiskā un loģiskā vienība (ALU), vadības bloks (CU) un dažādi reģistri.
Aritmētiskā un loģiskā vienība (ALU)
Aritmētikas un loģikas vienība (ALU) veic nepieciešamās mikrooperācijas instrukciju izpildei. Vienkāršiem vārdiem sakot, ALU ļauj veikt aritmētiskās (saskaitīt, atņemt utt.) un loģikas (UN, VAI, NAV utt.) darbības.
Kontroles vienība
Datorsistēmas vadības bloks kontrolē tādu komponentu darbību kā ALU, atmiņa un ievades/izvades ierīces.
Vadības bloks sastāv no programmu skaitītāja, kas satur ienesamo instrukciju adreses un instrukciju reģistru, kurā instrukcijas tiek ielādētas no atmiņas izpildei.
Reģistri
Reģistri attiecas uz ātrgaitas uzglabāšanas zonām CPU. CPU apstrādātie dati tiek iegūti no reģistriem.
Tālāk ir sniegts to reģistru saraksts, kuriem ir izšķiroša nozīme datu apstrādē.
| Reģistri | Apraksts |
|---|---|
| MAR (atmiņas adrešu reģistrs) | Šajā reģistrā ir to datu atmiņas vieta, kuriem nepieciešams piekļūt. |
| MDR (atmiņas datu reģistrs) | Šajā reģistrā ir dati, kas tiek pārsūtīti uz atmiņu vai no tās. |
| AC (akumulators) | Šajā reģistrā ir starpposma aritmētikas un loģikas rezultāti. |
| PC (programmu skaitītājs) | Šajā reģistrā ir nākamās izpildāmās instrukcijas adrese. |
| CIR (pašreizējo instrukciju reģistrs) | Šajā reģistrā ir ietverta pašreizējā instrukcija apstrādes laikā. |
Autobusi
Kopnes ir līdzeklis informācijas koplietošanai starp reģistriem vairāku reģistru konfigurācijas sistēmā.
Kopnes struktūra sastāv no kopīgu līniju kopas, pa vienai katram reģistra bitam, caur kurām pa vienai tiek pārsūtīta binārā informācija. Vadības signāli nosaka, kuru reģistru izvēlas kopne katras konkrētā reģistra pārsūtīšanas laikā.
Von-Neumann arhitektūra sastāv no trim galvenajām kopņu sistēmām datu pārsūtīšanai.
| Autobuss | Apraksts |
|---|---|
| Adrese Autobuss | Adrešu kopne pārnēsā datu (bet ne datu) adresi starp procesoru un atmiņu. |
| Datu kopne | Datu kopne pārraida datus starp procesoru, atmiņas bloku un ievades/izvades ierīcēm. |
| Vadības kopne | Control Bus pārraida signālus/komandas no CPU. |
Atmiņas vienība
Atmiņas vienība ir uzglabāšanas šūnu kopums kopā ar saistītām shēmām, kas nepieciešamas informācijas pārsūtīšanai uz krātuvi un no tās. Atmiņa saglabā bināro informāciju bitu grupās, ko sauc par vārdiem. Atmiņas vienības iekšējo struktūru nosaka tajā ietverto vārdu skaits un bitu skaits katrā vārdā.
Datorsistēmās tiek izmantoti divi galvenie atmiņu veidi:
- RAM (brīvpiekļuves atmiņa)
- ROM (tikai lasāmatmiņa)