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Historiquement, il y a eu 2 types d’ordinateurs :

1. Ordinateurs à programme fixe – Leur fonction est très spécifique et ils ne pouvaient pas être programmés, par exemple les calculatrices.
2. Ordinateurs à programme stocké – Ils peuvent être programmés pour effectuer de nombreuses tâches différentes, les applications sont stockées sur eux, d’où leur nom.

Les ordinateurs modernes sont basés sur un concept de programme stocké introduit par John Von Neumann. Dans ce concept de programme stocké, les programmes et les données sont stockés dans une unité de stockage séparée appelée mémoires et sont traités de la même manière. Cette idée nouvelle signifiait qu’un ordinateur construit avec cette architecture serait beaucoup plus facile à reprogrammer.

La structure de base est comme,

Il est également connu sous le nom d’ordinateur IAS et comporte trois unités de base:

1. L’unité centrale de traitement (CPU)
2. L’unité de mémoire principale
3. Le dispositif d’entrée/sortie

Envisageons-les en détail.

• Unité de commande –

  Une unité de commande (UC) gère tous les signaux de commande du processeur. Elle dirige tous les flux d’entrée et de sortie, récupère le code des instructions et contrôle la façon dont les données se déplacent dans le système.

• Unité arithmétique et logique (UAL) –

  L’unité arithmétique et logique est la partie de l’UC qui gère tous les calculs dont l’UC peut avoir besoin, par exemple l’addition, la soustraction, les comparaisons. Elle effectue des opérations logiques, des opérations de décalage de bits et des opérations arithmétiques.

  

  Figure – Structure de base du CPU, illustrant l’ALU
• Unité de mémoire principale (registres) –
  1. Accumulateur : Stocke les résultats des calculs effectués par l’ALU.
  2. Compteur de programme (PC) : Garde la trace de l’emplacement mémoire des prochaines instructions à traiter. Le PC transmet ensuite cette prochaine adresse au registre d’adresses mémoire (MAR).
  3. Registre d’adresses mémoire (MAR) : Il stocke les emplacements mémoire des instructions qui doivent être extraites de la mémoire ou stockées en mémoire.
  4. Registre de données mémoire (MDR) : Il stocke les instructions extraites de la mémoire ou toute donnée qui doit être transférée à la mémoire et stockée dans celle-ci.
  5. Registre d’instructions en cours (CIR) : Il stocke les instructions les plus récemment extraites en attendant d’être codées et exécutées.
  6. Registre tampon d’instruction (IBR) : L’instruction qui ne doit pas être exécutée immédiatement est placée dans le registre tampon d’instruction IBR.
• Dispositifs d’entrée/sortie – Le programme ou les données sont lus dans la mémoire principale à partir du dispositif d’entrée ou du stockage secondaire sous le contrôle de l’instruction d’entrée du CPU. Les dispositifs de sortie sont utilisés pour sortir les informations d’un ordinateur. Si certains résultats sont évalués par l’ordinateur et qu’ils sont stockés dans l’ordinateur, alors à l’aide de dispositifs de sortie, nous pouvons les présenter à l’utilisateur.
• Bus – Les données sont transmises d’une partie de l’ordinateur à une autre, en connectant tous les principaux composants internes à l’unité centrale et à la mémoire, au moyen de bus. Types :
  1. Bus de données : Il transporte les données entre l’unité de mémoire, les périphériques d’entrée/sortie et le processeur.
  2. Bus d’adresses : Il transporte l’adresse des données (et non les données réelles) entre la mémoire et le processeur.
  3. Bus de contrôle : Il transporte les commandes de contrôle de l’unité centrale (et les signaux d’état des autres périphériques) afin de contrôler et de coordonner toutes les activités au sein de l’ordinateur.

Goulot d’étranglement de Von Neumann –
Quoi que l’on fasse pour améliorer les performances, on ne peut pas s’affranchir du fait que les instructions ne peuvent être faites qu’une à la fois et ne peuvent être exécutées que de manière séquentielle. Ces deux facteurs freinent la compétence de l’unité centrale. C’est ce qu’on appelle communément le « goulot d’étranglement de Von Neumann ». Nous pouvons fournir un processeur Von Neumann avec plus de cache, plus de RAM ou des composants plus rapides, mais si des gains originaux doivent être réalisés dans la performance du CPU, alors une inspection influente doit avoir lieu de la configuration du CPU.

Cette architecture est très importante et est utilisée dans nos PC et même dans les super ordinateurs.