HW-Opdracht von Neumann-architectuur

Voorbeelden van fixed program computers:

• Calculator
• Thermostat
• Washing machine

Een pc is geen fixed program computer, maar een general-purpose computer, waarbij zowel programma's als gegevens in het geheugen bewaard worden.

Stored program computer:

Het concept van d e stored program computer, zoals dat vandaag algemeen in gebruik is, werd bedacht door John von Neumann in 1945, en heet daarom de von Neumann-architectuur.

Belangrijke componenten van de von Neumann-architectuur:

• Processor (Central Processing Unit - CPU):
  • CU (Control Unit) die signalen zendt om het transport van gegevens te regelen.
  • ALU (Arithmetic Logic Unit) voor berekeningen en logische beslissingen.
  • Geheugen, die zorgt voor snelle toegang tot vaak gebruikte instructies en gegevens.
  • 4 processor-registers (kleine maar snelle geheugens):
    • PC (Program Counter) bevat het adres van de volgende instructie in het geheugen.
    • MAR (Memory Address Register) bevat het adres waar een gegeven moet worden opgehaald of bewaard.
    • MDR (Memory Data Register) bevat het gegeven dat opgehaald werd uit het geheugen, of bewaard dient te worden in het geheugen.
    • ACC (Accumulator) bevat het resultaat van berekeningen.

Von Neumann-cyclus:

1. Instruction Fetch (F): Een instructie wordt als een rij bits ingelezen uit het werkgeheugen van de computer.
2. Instruction Decode (D): De ingelezen instructie wordt gedecodeerd in de werkelijke processor-instructie en de eventuele parameters die aan de instructie meegegeven worden.
3. Instruction Execute (E): De gedecodeerde instructie wordt uitgevoerd.

Nadeel van de Von Neumann-architectuur:

De zogenaamde Von Neumann-flessenhals (Von Neumann Bottleneck): doordat programma's en gegevens langs dezelfde systeembus tussen het geheugen en de processor vervoerd worden, kunnen programma's en gegevens nooit tegelijkertijd tussen het geheugen en de processor vervoerd worden, wat voor vertraging zorgt.

Alternatieve architectuur:

Er bestaat inmiddels een architectuur waarbij programma's en gegevens wel langs aparte bussen vervoerd worden, de zogenaamde Harvard-architectuur.

---