Von Neumannova architektura
Von Neumannova architektura je model počítače, který navrhl matematik John von Neumann v roce 1945. Tento model definuje základní strukturu a principy fungování počítače s uloženým programem, což znamená, že programové instrukce i data jsou uloženy ve stejné paměti.
Základní komponenty von Neumannovy architektury zahrnují:
- Operační paměť: Slouží k uchovávání zpracovávaného programu, dat a výsledků výpočtů.
- Aritmeticko-logická jednotka (ALU): Provádí veškeré aritmetické výpočty a logické operace.
- Řídicí jednotka: Řídí činnost všech částí počítače prostřednictvím řídicích signálů.
- Vstupní a výstupní zařízení: Umožňují vstup dat a programů do počítače a výstup výsledků zpracování.
Von Neumannova architektura
Vlastnosti
- Struktura počítače je nezávislá na typu řešené úlohy - počítač se programuje obsahem paměti
- Instrukce a data sdílí jednu a tu samou paměť
- Paměť je rozdělena do stejně velkých buněk
- Program je tvořen posloupností příkazů
- Změna pořadí provádění instrukcí se vyvolá podmíněným nebo nepodmíněným skokem
- Pro reprezentaci čísel se používá dvojková číselná soustava
- Během výpočtu nelze s počítačem komunikovat
- Vstupy a výstupy jsou napojeny přímo na ALU
Omezení Von Neumannovy architektury
Rychlost zpracování instrukcí dnešními procesory je výrazně vyšší než rychlost komunikace s pamětí, což zpomaluje celý výpočet. Procesor musí často čekat na přesun potřebných dat z paměti nebo do ní. Problém se zhoršuje s každou novou generací procesorů, protože jejich rychlost a velikost paměti rostou rychleji než propustnost sběrnice.
Alternativou k von Neumannově architektuře je harvardská architektura, která odděluje paměť pro instrukce a data, což umožňuje paralelní zpracování a může vést k vyšší rychlosti zpracování.