Архитектура фон Неймана

Большинство современных процессоров основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом в 1946.

Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана (иначе принстонской) является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти по разным адресам.

.

Важнейшие этапы процесса работы МП приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов.

Этапы цикла выполнения:

· МП выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса ША и по шине управления ШУ отдаёт памяти команду чтения.

· Выставленное число является для памяти адресом. Память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных ШД и по шине ШУ сообщает о готовности.

· МП получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её (по подпрограмме, хранимой в ПЗУ).

· Если последняя команда не является командой перехода, то МП увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.

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

Во время процесса МП считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы МП. 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.

Команды МП являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

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