GeeksforGeeks

Historicky existovaly 2 typy počítačů:

1. Počítače s pevným programem – jejich funkce je velmi specifická a nebylo možné je programovat, např. kalkulačky.
2. Počítače s uloženým programem – Lze je naprogramovat k provádění mnoha různých úloh, jsou v nich uloženy aplikace, odtud název.

Moderní počítače jsou založeny na koncepci uloženého programu, kterou zavedl John Von Neumann. V této koncepci uložených programů jsou programy a data uloženy v samostatné paměťové jednotce zvané paměti a zachází se s nimi stejně. Tato nová myšlenka znamenala, že počítač postavený s touto architekturou bude mnohem snadněji přeprogramovatelný.

Základní struktura vypadá takto,

Je také známý jako počítač IAS a má tři základní jednotky:

1. Centrální procesorová jednotka (CPU)
2. Hlavní paměťová jednotka
3. Vstupní/výstupní zařízení

Podívejme se na ně podrobněji.

• Řídicí jednotka –

  Řídicí jednotka (CU) zpracovává všechny řídicí signály procesoru. Řídí veškerý vstupní a výstupní tok, načítá kód pro instrukce a řídí pohyb dat v systému.

• Aritmeticko-logická jednotka (ALU) –

  Aritmeticko-logická jednotka je ta část procesoru, která zpracovává všechny výpočty, které může procesor potřebovat, např. sčítání, odčítání, porovnávání. Provádí logické operace, operace posunu bitů a aritmetické operace.

  

  Obrázek – Základní struktura CPU, znázorňující ALU
• Hlavní paměťová jednotka (registry) –
  1. Akumulátor:
  2. Programový čítač (PC): Ukládá výsledky výpočtů provedených jednotkou ALU: Sleduje umístění příštích instrukcí v paměti. PC pak předává tuto další adresu do registru adres paměti (MAR).
  3. Registr adres paměti (MAR): Uchovává paměťová umístění instrukcí, které je třeba načíst z paměti nebo uložit do paměti.
  4. Memory Data Register (MDR): Uchovává instrukce načtené z paměti nebo jakákoli data, která je třeba přenést do paměti a uložit do ní.
  5. Registr aktuálních instrukcí (CIR):
  6. Instruction Buffer Register (IBR): Ukládá poslední načtené instrukce, které čekají na zakódování a provedení:
• Vstupní/výstupní zařízení – Program nebo data se čtou do hlavní paměti ze vstupního zařízení nebo sekundární paměti pod kontrolou vstupní instrukce CPU. Výstupní zařízení slouží k výstupu informací z počítače. Pokud počítač vyhodnotí nějaké výsledky a uloží je do počítače, pak je pomocí výstupních zařízení můžeme prezentovat uživateli.
• Sběrnice – Data se přenášejí z jedné části počítače do druhé, propojují všechny hlavní vnitřní komponenty s CPU a pamětí, pomocí sběrnic. Typy:
  1. Datová sběrnice: Přenáší data mezi paměťovou jednotkou, vstupně-výstupními zařízeními a procesorem.
  2. Adresová sběrnice: Přenáší adresu dat (nikoliv skutečná data) mezi pamětí a procesorem.
  3. Řídicí sběrnice: Přenáší řídicí příkazy z procesoru (a stavové signály z jiných zařízení) za účelem řízení a koordinace všech činností uvnitř počítače.

Von Neumannovo úzké hrdlo –
Ať uděláme cokoli pro zvýšení výkonu, nemůžeme se zbavit skutečnosti, že instrukce lze provádět pouze po jedné a lze je provádět pouze sekvenčně. Oba tyto faktory brzdí akceschopnost procesoru. Běžně se tomu říká „Von Neumannovo úzké hrdlo“. Von Neumannův procesor můžeme vybavit větší vyrovnávací pamětí, větší pamětí RAM nebo rychlejšími součástkami, ale pokud má být dosaženo původního zvýšení výkonu procesoru, musí proběhnout vlivná kontrola konfigurace procesoru.

Tato architektura je velmi důležitá a používá se v našich počítačích a dokonce i v superpočítačích.