Фон-Нојман је 1945. предложио свој дизајн рачунарске архитектуре који је касније познат као Вон-Нојманова архитектура. Састојао се од контролне јединице, аритметичке и логичке меморијске јединице (АЛУ), регистара и улаза/излаза.
Фон Нојманова архитектура је заснована на компјутерском концепту ускладиштеног програма, где се подаци о инструкцији и програмски подаци чувају у истој меморији. Овај дизајн се и даље користи у већини рачунара који се данас производе.
Рачунар заснован на Фон Нојману:
- Користи један процесор
- Користи једну меморију и за упутства и за податке.
- Извршава програме који прате циклус преузимања-декодирања-извршавања
Компоненте Вон-Неуманн модела:
- Централна процесорска јединица
- Аутобуси
- Меморијска јединица
Централна процесорска јединица
Део рачунара који обавља већину операција обраде података назива се централна процесорска јединица и назива се ЦПУ.
Централна процесорска јединица се такође може дефинисати као електрично коло одговорно за извршавање инструкција рачунарског програма.
ЦПУ обавља различите функције које диктира врста упутстава која су уграђена у рачунар.
Главне компоненте ЦПУ-а су аритметичка и логичка јединица (АЛУ), контролна јединица (ЦУ) и различити регистри.
Аритметичко-логичка јединица (АЛУ)
Аритметичко-логичка јединица (АЛУ) изводи потребне микрооперације за извршавање инструкција. Једноставним речима, АЛУ омогућава извођење аритметичких (сабирање, одузимање, итд.) и логичких (И, ИЛИ, НЕ, итд.) операција.
Контролна јединица
Контролна јединица рачунарског система контролише рад компоненти као што су АЛУ, меморија и уређаји за улаз/излаз.
Контролна јединица се састоји од програмског бројача који садржи адресу инструкција које се преузимају и регистра инструкција у који се инструкције преузимају из меморије за извршење.
Регистри
Регистри се односе на области за складиштење велике брзине у ЦПУ-у. Подаци које обрађује ЦПУ преузимају се из регистара.
Следи листа регистара који играју кључну улогу у обради података.
| Регистри | Опис |
|---|---|
| МАР (Регистар меморијских адреса) | Овај регистар садржи меморијску локацију података којима треба приступити. |
| МДР (Регистар меморијских података) | Овај регистар садржи податке који се преносе у или из меморије. |
| АЦ (акумулатор) | Овај регистар садржи средње аритметичке и логичке резултате. |
| ПЦ (бројач програма) | Овај регистар садржи адресу следеће инструкције која ће се извршити. |
| ЦИР (Тренутни регистар инструкција) | Овај регистар садржи тренутну инструкцију током обраде. |
Аутобуси
Сабирнице су начин на који се информације деле између регистара у систему конфигурације са више регистра.
Структура магистрале се састоји од скупа заједничких линија, по једна за сваки бит регистра, кроз које се бинарне информације преносе једна по једна. Контролни сигнали одређују који регистар бира магистрала током сваког преноса одређеног регистра.
Вон-Неуманн архитектура се састоји од три главна система сабирница за пренос података.
| Аутобус | Опис |
|---|---|
| Адреса Бус | Адресна магистрала преноси адресу података (али не и података) између процесора и меморије. |
| Дата Бус | Сабирница података преноси податке између процесора, меморијске јединице и улазно/излазних уређаја. |
| Цонтрол Бус | Контролна магистрала преноси сигнале/команде из ЦПУ-а. |
Меморијска јединица
Меморијска јединица је скуп ћелија за складиштење заједно са повезаним колима потребним за пренос информација у и из складишта. Меморија складишти бинарне информације у групама битова који се називају речима. Унутрашња структура меморијске јединице одређена је бројем речи које садржи и бројем битова у свакој речи.
Два главна типа меморије се користе у рачунарским системима:
- РАМ (Меморија са случајним приступом)
- РОМ (Меморија само за читање)