פון-נוימן הציע את תכנון ארכיטקטורת המחשב שלו בשנת 1945, אשר נודע מאוחר יותר כ-Von-Neumann Architecture. הוא כלל יחידת בקרה, יחידת זיכרון אריתמטית ולוגית (ALU), רישומים וכניסות/יציאות.
ארכיטקטורת פון נוימן מבוססת על תפיסת המחשב של תוכנית מאוחסנת, שבה נתוני הוראות ונתוני תוכנית מאוחסנים באותו זיכרון. עיצוב זה עדיין בשימוש ברוב המחשבים המיוצרים כיום.
מחשב מבוסס פון נוימן:
- משתמש במעבד יחיד
- משתמש בזיכרון אחד גם להוראות וגם לנתונים.
- מפעיל תוכניות בעקבות מחזור אחזור-פענוח-ביצוע
רכיבים של דגם פון-נוימן:
- יחידת עיבוד מרכזית
- אוטובוסים
- יחידת זיכרון
יחידת עיבוד מרכזית
החלק של המחשב שמבצע את עיקר פעולות עיבוד הנתונים נקרא יחידת העיבוד המרכזית ומכונה ה-CPU.
ניתן להגדיר את יחידת העיבוד המרכזית גם כמעגל חשמלי האחראי על ביצוע ההוראות של תוכנת מחשב.
כתב כתיבה לפני
המעבד מבצע מגוון פונקציות המוכתבות על ידי סוג ההוראות המשולבות במחשב.
המרכיבים העיקריים של ה-CPU הם יחידה אריתמטית ולוגית (ALU), יחידת בקרה (CU) ומגוון אוגרים.
יחידה אריתמטית ולוגית (ALU)
היחידה האריתמטית והלוגית (ALU) מבצעת את המיקרו-פעולות הנדרשות לביצוע ההוראות. במילים פשוטות, ALU מאפשר לבצע פעולות אריתמטיות (הוספה, הפחתה וכו') והגיוניות (AND, OR, NOT וכו').
שיטה שווה ב-java
יחידת בקרה
יחידת הבקרה של מערכת מחשב שולטת בפעולות של רכיבים כמו ALU, זיכרון והתקני קלט/פלט.
יחידת הבקרה מורכבת ממונה תוכניות המכיל את הכתובת של ההוראות לשליפה ומאגר פקודות שאליו נשלפות הוראות מהזיכרון לצורך ביצוע.
רושמים
רישומים מתייחסים לאזורי אחסון מהירים במעבד. הנתונים המעובדים על ידי ה-CPU נשלפים מהאוגרים.
להלן רשימת האוגרים הממלאים תפקיד מכריע בעיבוד נתונים.
מהי ג'אווה כפולה
| רושמים | תיאור |
|---|---|
| MAR (רישום כתובות זיכרון) | אוגר זה מחזיק את מיקום הזיכרון של הנתונים שאליהם יש לגשת. |
| MDR (מרשם נתוני זיכרון) | פנקס זה מכיל את הנתונים המועברים לזיכרון או מהזיכרון. |
| AC (מצבר) | אוגר זה מכיל את תוצאות הביניים האריתמטיות והלוגיות. |
| PC (מונה תוכניות) | פנקס זה מכיל את הכתובת של ההוראה הבאה שתתבצע. |
| CIR (רשום הוראות נוכחי) | פנקס זה מכיל את ההוראה הנוכחית במהלך העיבוד. |
אוטובוסים
אוטובוסים הם האמצעי שבאמצעותו מידע משותף בין האוגרים במערכת תצורה של ריבוי אוגרים.
מבנה אפיק מורכב מקבוצה של קווים משותפים, אחד עבור כל סיביות של אוגר, שדרכם מועבר מידע בינארי אחד בכל פעם. אותות בקרה קובעים איזה אוגר נבחר על ידי האוטובוס במהלך כל העברת אוגר מסויים.
אלגוריתם dfs
ארכיטקטורת פון-נוימן מורכבת משלוש מערכות אוטובוס מרכזיות להעברת נתונים.
| אוֹטוֹבּוּס | תיאור |
|---|---|
| אוטובוס כתובת | Address Bus נושא את הכתובת של הנתונים (אך לא את הנתונים) בין המעבד לזיכרון. |
| אוטובוס נתונים | Data Bus נושא נתונים בין המעבד, יחידת הזיכרון והתקני הקלט/פלט. |
| אוטובוס בקרה | Control Bus נושא אותות/פקודות מהמעבד. |
יחידת זיכרון
יחידת זיכרון היא אוסף של תאי אחסון יחד עם מעגלים נלווים הדרושים להעברת מידע אל תוך האחסון ומחוצה לו. הזיכרון מאחסן מידע בינארי בקבוצות של ביטים הנקראות מילים. המבנה הפנימי של יחידת זיכרון מוגדר לפי מספר המילים שהיא מכילה ומספר הביטים בכל מילה.
שני סוגים עיקריים של זיכרונות משמשים במערכות מחשב:
- זיכרון RAM (זיכרון גישה אקראית)
- ROM (זיכרון לקריאה בלבד)