Von Neumanov model računalnika

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 ti. Von Neumannovih računalnikov, ki imajo skupnega predhodnika v računalniku IAS.

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

Do danes še ni nihče predlagal boljše arhitekture kot je Von Neumannova.

Leta 1946 je Von Neumann objavil delo v katerem je podrobno opisal princip delovanja računalnika.

Danes se pri definiciji termina računalnik običajno opremo na pojem Von Neumannov računalnik. Ta definira računalnik kot napravo, ki je sestavljena iz treh osnovnih delov:

• centralne procesne enote - CPE (ang. Central Procesor Unit - CPU), pogosto imenovane kar procesor,
• centralnega ali glavnega pomnilnika (ang. central memory, main memory),
• vhodno/izhodnih enot za priključitev zunanjih ali perifernih naprav (trajni - zunanji pomnilnik, vhodne in izhodne naprave) s centralnim delom računalnika

in izpolnjuje še naslednje pogoje:

• v pomnilniku ima shranjen program in
• ukazi programa se izvajajo zaporedno eden za drugim.

Čeprav se računalniki po velikosti, zmogljivosti, itd. med seboj razlikujejo, imajo vsi enako funkcionalno zgradbo (ti. Neumannova shema, 1945).

Iz sheme 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 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, optični čitalec, monitor, tiskalnik, risalnik), ki pretvarjajo informacijo iz oblike, ki jo uporablja CPE v obliko, ki je primerna za človeka ali kakega drugega uporabnika (npr. merilne instrumente, CNC stroje). 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 (ang. 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 (ang. software) prepoznamo skupek vseh programov, ki jih računalnik uporablja. Program je shranjen v pomnilniku. Računalnik operira z informacijami, ki jim pravimo podatki (ang. data). Tudi podatki so shranjeni v pomnilniku.