Von-Neumann, daha sonra Von-Neumann Mimarisi olarak anılacak olan bilgisayar mimarisi tasarımını 1945 yılında önerdi. Bir Kontrol Ünitesi, Aritmetik ve Mantıksal Bellek Birimi (ALU), Kayıtlar ve Giriş/Çıkışlardan oluşuyordu.
Von Neumann mimarisi, talimat verilerinin ve program verilerinin aynı bellekte depolandığı depolanmış program bilgisayar konseptine dayanmaktadır. Bu tasarım günümüzde üretilen bilgisayarların çoğunda hala kullanılmaktadır.
Von Neumann tabanlı bir bilgisayar:
- Tek bir işlemci kullanır
- Hem talimatlar hem de veriler için tek bir hafıza kullanır.
- Getirme-kod çözme-yürütme döngüsünü takip eden programları çalıştırır
Von-Neumann Modelinin Bileşenleri:
- Merkezi işlem birimi
- Otobüsler
- Hafıza birimi
Merkezi işlem birimi
Bilgisayarın veri işleme işlemlerinin çoğunu gerçekleştiren kısmına Merkezi İşlem Birimi adı verilir ve CPU olarak anılır.
Merkezi İşlem Birimi aynı zamanda bir bilgisayar programının talimatlarının yürütülmesinden sorumlu bir elektrik devresi olarak da tanımlanabilir.
CPU, bilgisayarda yer alan talimatların türüne göre belirlenen çeşitli işlevleri yerine getirir.
CPU'nun ana bileşenleri Aritmetik ve Mantık Birimi (ALU), Kontrol Birimi (CU) ve çeşitli kayıtlardır.
Aritmetik ve Mantık Birimi (ALU)
Aritmetik ve Mantık Birimi (ALU), talimatların yürütülmesi için gerekli mikro işlemleri gerçekleştirir. Basit bir ifadeyle ALU, aritmetik (toplama, çıkarma vb.) ve mantık (AND, OR, NOT vb.) işlemlerinin gerçekleştirilmesine olanak tanır.
np.sıfırlar
Kontrol ünitesi
Bir bilgisayar sisteminin Kontrol Birimi, ALU, bellek ve giriş/çıkış aygıtları gibi bileşenlerin işlemlerini kontrol eder.
Kontrol Ünitesi, getirilecek talimatların adresini içeren bir program sayacından ve talimatların yürütülmek üzere bellekten alındığı bir talimat kaydından oluşur.
Kayıtlar
Kayıtlar CPU'daki yüksek hızlı depolama alanlarını ifade eder. CPU tarafından işlenen veriler kayıtlardan alınır.
Veri işlemede önemli rol oynayan kayıtların listesi aşağıdadır.
| Kayıtlar | Tanım |
|---|---|
| MAR (Hafıza Adres Kaydı) | Bu kayıt, erişilmesi gereken verinin hafızadaki yerini tutar. |
| MDR (Bellek Veri Kaydı) | Bu kayıt, belleğe veya bellekten aktarılan verileri tutar. |
| AC (Akümülatör) | Bu kayıt, ara aritmetik ve mantık sonuçlarını tutar. |
| PC (Program Sayacı) | Bu kayıt, yürütülecek bir sonraki talimatın adresini içerir. |
| CIR (Mevcut Talimat Kaydı) | Bu kayıt, işlem sırasında geçerli talimatı içerir. |
Otobüsler
Veriyolları, çoklu kayıt konfigürasyon sisteminde kayıtlar arasında bilginin paylaşıldığı araçlardır.
Bir veri yolu yapısı, bir yazmacın her bir biti için bir tane olmak üzere, ikili bilgilerin birer birer aktarıldığı bir dizi ortak hattan oluşur. Kontrol sinyalleri, her özel kayıt aktarımı sırasında veri yolu tarafından hangi kaydın seçileceğini belirler.
Von-Neumann Mimarisi veri aktarımı için üç ana veri yolu sisteminden oluşuyordu.
| Otobüs | Tanım |
|---|---|
| Adres Veriyolu | Adres Veriyolu, işlemci ile bellek arasındaki verilerin (ancak verilerin değil) adresini taşır. |
| Veri Yolu | Veri Yolu, verileri işlemci, bellek birimi ve giriş/çıkış aygıtları arasında taşır. |
| Kontrol Veriyolu | Kontrol Veriyolu CPU'dan gelen sinyalleri/komutları taşır. |
Hafıza birimi
Bellek birimi, bilgiyi depolamanın içine ve dışına aktarmak için gerekli olan ilgili devrelerle birlikte depolama hücrelerinin bir koleksiyonudur. Bellek, ikili bilgileri sözcük adı verilen bit gruplarında saklar. Bir bellek biriminin iç yapısı, içerdiği sözcük sayısı ve her sözcükteki bit sayısıyla belirlenir.
Bilgisayar sistemlerinde iki ana bellek türü kullanılır:
önerme mantığı
- RAM (Rastgele Erişim Belleği)
- ROM (Salt Okunur Bellek)