Архитектура фон Неймана

Эта архитектура ЭВМ предложенна аме­риканским ученым Джоном фон Нейманом в 1946 году. Основ­ные принципы включают:

· состав устройств однопроцессорной ЭВМ (рис. выше);

· использование двоичной системы счисления в машинной арифметике;

· программное управления. Машина выполняет вычисления по программе. Компьютер – это программно-управляемой устройство. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

· принцип иерархичности памяти. Должно быть, по меньшей мере, два уровня иерархии: основная память и внешняя память.

· адресуемость основной памяти ЭВМ;

· хранение данных и программ в общей памяти ЭВМ;

· состав системы команд процессора.

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;
2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;
3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
5. Снова выполняется п. 1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.