von Neumannov računalnik

von Neumannov model

slika: von Neumannov računalniški model

Tradicionalna zgradba računalnika, imenovana po njenem tvorcu, von Neumannu, ki je leta 1945 napisal predlog za gradnjo novega elektronskega računalnika. Velika večina današnjih računalnikov se uvršča v skupino tako imenovanih von Neumannovanih računalnikov, ki imajo skupnega predhodnika v računalniku IAS.

Za takšne računalnike pravimo tudi, da imajo von Neumannovo arhitekturo. Računalnik je sestavljen iz treh sestavnih delov: vhodno-izhodnih enot, centralno-procesne enote in glavnega pomnilnika.

Do danes še ni nihče predlagal boljše arhitekture kot je von Neumanova.

Leta 1946 je von Neumann objavil delo v katerem je podrobno opisal princip delovanja računalnika. Kot izhodišče je postavil naslednje zahteve:

Sestavlajajo ga 3-osnovni deli: CPE, glavni pomnilnik in V/I enote
to je stroj, s shranjenim programom v glavnem pomnilniku in vodi delovanje stroja
ukazi, ki sestavljajo program se izvajajo zaporedno eden za drugim
Enotno vodilo med sestavnimi deli

Zaradi zadnje zahteve ne moremo priti sočasnodo podatkov in ukazov . To je tudi ozko grlo von Neumanovega modela, ki omejuje hitrost obdelave.

Iz slike je razvidno, da tak računalnik sestavljajo trije glavni deli:

Centralno procesna enota: (CPE), ki ji pogosto pravimo kar procesor. V von Neumannovem računalniku se večina dogajanja odvija v CPE ali pod njenim nadzorom. Osnovna funkcija CPE je, da iz glavnega pomnilnika jemlje ukaze in jih izvršuje. Beseda centralna se uporablja zato, da poudarimo dejstvo, da je večina kontrolnih funkcij nekega računalnika koncentrirana v tej enoti. Centralno procesno enoto običajno delimo na tri dele: kontrolno (upravljalno, nadzorno) enoto, aritmetično-logično enoto in registre.
Glavni pomnilnik: ali tudi primarni ali hitri pomnilnik. V glavnem pomnilniku se nahajajo ukazi in operandi, ki jih uporablja CPE. Besedo glavni uporabljamo zato, da ga razlikujemo od pomožnega pomnilnika in tudi od drugih pomnilnikov, ki nastopajo v današnjih računalnikih. Večina ima namreč večnivojsko pomnilniško hierarhijo, v kateri je funkcija pomnjenja, v katerih je funkcija pomnjenja razdeljena preko več nivojev od katerih ima vsak drugačno hitrost in velikost. Glavni pomnilnik je razdeljen na pomnilniške besede ali lokacije, od katerih ima vsaka svoj enoličen naslov.
Vhodno-izhodni sistem: služi za prenos informacije med zunanjim svetom ter CPE in pomnilnikom. Del vhodno-izhodnega sistema so pogosto tudi vhodno-izhodne naprave (npr. tipkovnica, miška, tiskalnik, prikazovalniki, magnetni diski, telefonske linije, monitor), ki pretvarjajo informacijo iz oblike, ki jo uporablja CPE v obliko, ki je primerna za človeka ali kakega drugega uporabnika (npr. CNC stroje, merilne instrumente). Vhodno-izhodne naprave, ki jih včasih imenujemo tudi periferne naprave, so pri večini računalnikov najvidnejši in fizično največji del računalnika.

Fizične enote, ki so prikazane za sliki predstavljajo strojno opremo (angl. hardware). Da bi pa računalnik lahko deloval, pa potrebuje tudi navodila. Seznam ukazov računalniku imenujemo program. Program je shranjen v glavnem pomnilniku. Pod pojmom programske opreme (angl. software) prepoznamo skupek vseh programov, ki jih računalnik uporablja. Program je shranjen v pomnilniku. Računalnik operira z informacijami, ki jim pravimo podatki (angl. data). Tudi podatki so shranjeni v pomnilniku.

Gor Sistemi Motorola 68XX Arhitektura CPE

SERŠ Maribor, Strokovna gimnazija, leto: 2002, avtor: Aleš Brumec