Von-Neumann va proposar el seu disseny d'arquitectura d'ordinadors l'any 1945, que més tard va ser conegut com a Von-Neumann Architecture. Constava d'una Unitat de Control, Unitat d'Aritmètica i Memòria Lògica (ALU), Registres i Entrades/Sortides.
L'arquitectura de Von Neumann es basa en el concepte d'ordinador de programes emmagatzemats, on les dades d'instrucció i les dades del programa s'emmagatzemen a la mateixa memòria. Aquest disseny encara s'utilitza a la majoria d'ordinadors produïts avui dia.
Un ordinador basat en Von Neumann:
- Utilitza un únic processador
- Utilitza una memòria tant per a instruccions com per a dades.
- Executa programes seguint el cicle de recuperació-descodificació-execució
Components del model Von-Neumann:
- Unitat central de processament
- Autobusos
- Unitat de memòria
Unitat central de processament
La part de l'ordinador que realitza la major part de les operacions de processament de dades s'anomena unitat central de processament i es coneix com a CPU.
La Unitat Central de Processament també es pot definir com un circuit elèctric encarregat d'executar les instruccions d'un programa informàtic.
La CPU realitza una varietat de funcions dictades pel tipus d'instruccions que s'incorporen a l'ordinador.
Els components principals de la CPU són la unitat aritmètica i lògica (ALU), la unitat de control (CU) i una varietat de registres.
Unitat Aritmètica i Lògica (ALU)
La Unitat Aritmètica i Lògica (ALU) realitza les microoperacions necessàries per executar les instruccions. En paraules senzilles, ALU permet realitzar operacions aritmètiques (sumar, restar, etc.) i lògiques (AND, OR, NOT, etc.).
Unitat de control
La Unitat de Control d'un sistema informàtic controla les operacions de components com ALU, memòria i dispositius d'entrada/sortida.
La unitat de control consta d'un comptador de programa que conté l'adreça de les instruccions que s'han d'obtenir i un registre d'instruccions en el qual s'obtenen instruccions de la memòria per a l'execució.
Registres
Els registres fan referència a àrees d'emmagatzematge d'alta velocitat a la CPU. Les dades processades per la CPU s'obtenen dels registres.
A continuació es mostra la llista de registres que tenen un paper crucial en el tractament de dades.
| Registres | Descripció |
|---|---|
| MAR (Registre d'adreces de memòria) | Aquest registre conté la ubicació de memòria de les dades a les quals cal accedir. |
| MDR (Registre de dades de memòria) | Aquest registre conté les dades que s'estan transferint a o des de la memòria. |
| AC (acumulador) | Aquest registre conté els resultats aritmètics i lògics intermedis. |
| PC (comptador de programes) | Aquest registre conté l'adreça de la següent instrucció a executar. |
| CIR (Registre d'Instruccions Actual) | Aquest registre conté la instrucció actual durant el processament. |
Autobusos
Els busos són el mitjà pel qual la informació es comparteix entre els registres en un sistema de configuració de registres múltiples.
Una estructura de bus consisteix en un conjunt de línies comunes, una per cada bit d'un registre, a través de les quals la informació binària es transfereix una a la vegada. Els senyals de control determinen quin registre selecciona el bus durant cada transferència de registre particular.
L'arquitectura Von-Neumann consta de tres sistemes de bus principals per a la transferència de dades.
| Autobús | Descripció |
|---|---|
| Bus d'adreces | Address Bus transporta l'adreça de les dades (però no les dades) entre el processador i la memòria. |
| Bus de dades | Data Bus transporta dades entre el processador, la unitat de memòria i els dispositius d'entrada/sortida. |
| Bus de control | Control Bus transporta senyals/ordres de la CPU. |
Unitat de memòria
Una unitat de memòria és una col·lecció de cel·les d'emmagatzematge juntament amb els circuits associats necessaris per transferir informació dins i fora de l'emmagatzematge. La memòria emmagatzema informació binària en grups de bits anomenats paraules. L'estructura interna d'una unitat de memòria s'especifica pel nombre de paraules que conté i pel nombre de bits de cada paraula.
En els sistemes informàtics s'utilitzen dos tipus principals de memòries:
- RAM (memoria d'accés aleatori)
- ROM (Memòria només de lectura)