Architektura von Neumann

Tzv. von Neumannova architektura (von Neumann architecture), někdy označovaná také jako von Neumannova koncepce či von Neumannovo schéma, je ucelenou soustavou názorů a představ o tom, jak by měl počítač fungovat, z jakých hlavních částí by se měl skládat, co a jak by tyto části měly dělat, jak by měly vzájemně spolupracovat atd.

Historie

Představ o tom, jak by počítače měly vypadat a jak by měly fungovat, existovalo a existuje více. Přesto drtivá většina dnešních počítačů vychází z jediné takovéto představy. Ta se zrodila v polovině padesátých let v USA, v rámci projektů, které daly vzniknout dnes již legendárním počítačům EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) a EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Šlo samozřejmě o kolektivní dílo, které však bylo pojmenováno jen po jednom ze svých autorů - zřejmě po tom, který měl na utváření celé koncepce největší vliv. Tím byl všestranný vědec, americký matematik maďarského původu John von Neumann (1903-1957), který kromě práce na vývoji počítačů stihl ještě založit matematickou teorii her, významně přispět fyzikům k jejich kvantové teorii a také se po určitou dobu podílet i na vývoji první atomové bomby.

Části Von Neumannova schématu

Operační paměť: slouží k uchování zpracovávaného programu, zpracovávaných dat a výsledků výpočtu

ALU - Arithmetic-logic Unit (aritmetickologická jednotka): jednotka provádějící veškeré aritmetické výpočty a logické operace. Obsahuje sčítačky, násobičky (pro aritmetické výpočty) a komparátory (pro porovnávání)

Řadič: řídící jednotka, která řídí činnost všech částí počítače. Toto řízení je prováděno pomocí řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým modulům. Reakce na řídící signály, stavy jednotlivých modulů jsou naopak zasílány zpět řadiči pomocí stavových hlášení

Vstupní zařízení: zařízení určená pro vstup programu a dat.

Výstupní zařízení: zařízení určená pro výstup výsledků, které program zpracoval

Princip činnosti počítače podle von Neumannova schématu

1. Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který bude provádět výpočet.

2. Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program zpracovávat

3. Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezivýsledky výpočtu jsou ukládány do operační paměti.

4. Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na výstupní zařízení.Jednotlivé části jsou společně propojeny sběrnicí

Sběrnice = silnice po které proudí data či programy mezi jednotlivými komponentami. Důležitým parametrem je šířka sběrnice tj. kolik proudů má. Její šířka vyplývá ze šířky slova, čímž je uvedeno, kolik bitů může proudit v jednom směru paralelně.

Výhody

• rozdělení paměti pro kód a data určuje programátor • řídící jednotka procesoru přistupuje do paměti pro data i pro instrukce jednotným způsobem • jedna sběrnice - jednodušší výroba.