Von-Neumann propôs seu projeto de arquitetura de computador em 1945, que mais tarde ficou conhecido como Arquitetura Von-Neumann. Consistia em uma Unidade de Controle, Unidade de Memória Aritmética e Lógica (ALU), Registros e Entradas/Saídas.
A arquitetura de Von Neumann é baseada no conceito de computador com programa armazenado, onde os dados da instrução e os dados do programa são armazenados na mesma memória. Este design ainda é usado na maioria dos computadores produzidos hoje.
Um computador baseado em Von Neumann:
- Usa um único processador
- Usa uma memória para instruções e dados.
- Executa programas seguindo o ciclo buscar-decodificar-executar
Componentes do modelo Von-Neumann:
- Unidade central de processamento
- Ônibus
- Unidade de memória
Unidade central de processamento
A parte do computador que executa a maior parte das operações de processamento de dados é chamada de Unidade Central de Processamento e é chamada de CPU.
A Unidade Central de Processamento também pode ser definida como um circuito elétrico responsável por executar as instruções de um programa de computador.
A CPU executa uma variedade de funções determinadas pelo tipo de instruções incorporadas no computador.
Os principais componentes da CPU são Unidade Aritmética e Lógica (ALU), Unidade de Controle (CU) e uma variedade de registros.
Unidade Aritmética e Lógica (ALU)
A Unidade Aritmética e Lógica (ALU) realiza as microoperações necessárias para a execução das instruções. Em palavras simples, ALU permite que operações aritméticas (somar, subtrair, etc.) e lógicas (AND, OR, NOT, etc.) sejam realizadas.
Unidade de controle
A Unidade de Controle de um sistema de computador controla as operações de componentes como ALU, memória e dispositivos de entrada/saída.
A Unidade de Controle consiste em um contador de programa que contém o endereço das instruções a serem buscadas e um registrador de instruções no qual as instruções são buscadas da memória para execução.
Registros
Os registros referem-se a áreas de armazenamento de alta velocidade na CPU. Os dados processados pela CPU são buscados nos registradores.
A seguir está a lista de registros que desempenham um papel crucial no processamento de dados.
| Registros | Descrição |
|---|---|
| MAR (Registro de Endereço de Memória) | Este registrador contém a localização da memória dos dados que precisam ser acessados. |
| MDR (registro de dados de memória) | Este registro contém os dados que estão sendo transferidos de ou para a memória. |
| AC (acumulador) | Este registro contém os resultados aritméticos e lógicos intermediários. |
| PC (contador de programa) | Este registrador contém o endereço da próxima instrução a ser executada. |
| CIR (Registro de Instrução Atual) | Este registrador contém a instrução atual durante o processamento. |
Ônibus
Os barramentos são os meios pelos quais as informações são compartilhadas entre os registradores em um sistema de configuração de múltiplos registradores.
Uma estrutura de barramento consiste em um conjunto de linhas comuns, uma para cada bit de um registrador, através das quais as informações binárias são transferidas, uma de cada vez. Os sinais de controle determinam qual registro é selecionado pelo barramento durante cada transferência de registro específica.
Arquitetura Von-Neumann composta por três sistemas principais de barramento para transferência de dados.
| Ônibus | Descrição |
|---|---|
| Barramento de endereço | O Barramento de Endereço transporta o endereço dos dados (mas não os dados) entre o processador e a memória. |
| Barramento de dados | O Data Bus transporta dados entre o processador, a unidade de memória e os dispositivos de entrada/saída. |
| Barramento de controle | O barramento de controle transporta sinais/comandos da CPU. |
Unidade de memória
Uma unidade de memória é uma coleção de células de armazenamento juntamente com circuitos associados necessários para transferir informações para dentro e para fora do armazenamento. A memória armazena informações binárias em grupos de bits chamados palavras. A estrutura interna de uma unidade de memória é especificada pelo número de palavras que ela contém e pelo número de bits em cada palavra.
Dois tipos principais de memórias são usados em sistemas de computador:
- RAM (memória de acesso aleatório)
- ROM (memória somente leitura)