Princíp počítača, von Neumannova schéma

Počítače pracujú na rovnakom princípe, ktorý popísal už v roku 1945 americký matematik narodený v Maďarsku John von Neumann.

Podľa tejto teórie, ktorá s menšími obmenami platí dodnes, sa bloková schéma počítača skladá zo piatich blokov:​

1.ALU-Aritmeticko-Logická jednotka- jednotka vykonávajúca všetky aritmetické a logické operácie. Obsahuje bloky určené na aritmetické operácie ako sčítanie, odčítanie, násobenie a delenie a bloky na logické operácie ako porovnávanie a pod. Úlohou ALU je krok po kroku vykonávať program uložený v pamäti.

2. Operačná pamäť – skladisko pre samotný program, dáta programu, dočasné skladisko pre medzivýpočty a samotné výsledky. V operačnej pamäti sa nachádzajú miesta na uloženie daných dát,ktoré možme  adresovať a tým čítať a zapisovať do ľubovoľného miesta v pamäti

• ​ Základnou jednotkou pamäte =1 BIT , ktorý reprezentuje logický stav 0 alebo 1.

• Množina ôsmich bitov sa nazýva jeden bajt (slabika) a je to najzákladnejšia a najmenšia                                                                                                                                                                                                                         adresovateľná jednotka v pamäti.
• Väčšie pamäťové kapacíty sa násobky kilo, mega, giga a najnovšie aj tera, ktoré sa mierne odlišujú od bežných metrických násobkov v číselnom vyjadrení ( napr. kilogram má 1000 gramov, kilobajt obsahuje 1024 bajtov).

1 kilobajt = 2¹⁰ bajtov =  1024 bajtov

1 megabajt = 1024 kilobajtov = 2²⁰ bajtov = 1 048 576 bajtov

1 gigabajt = 1024 megabajtov = 2³⁰ bajtov = 1 073 741 824 bajtov

1 terabajt = 1024 gigabajtov = 2⁴⁰ bajtov = 1 099 511 627 776 bajtov

• ​Okrem bajtov sa v počítačovej terminológii používa aj pojem word (slovo). Veľkosť jedného slova je daná hardvérom a operačným systémom  a pohybuje sa od 1 až do 4 bajtov.

​3. Radič – riadiaca jednotka počítača, ktorá riadi jeho celú činnosť. Toto riadenie sa uskutočňuje pomocou riadiacich signálov, ktoré predáva každému zariadeniu.

4. Vstupné zariadenie – zariadenie, ktoré slúži na vstup programu a dát

5. Výstupné zariadenie – zariadenie, ktoré slúži na výstup spracovaných dát, ktoré ALU spracovala pomocou programu.

Medzi týmito blokmi počítačovej schémy prebieha neustála komunikácia, ktorá sa dá rozdeliť na tri časti:

• Riadiace signály radiča ( ​→ ) – týmito signálmi predáva radič informácie ostatným zariadeniam svoje požiadavky.
• Stavové hlásenia pre radič (  → )– tieto signály sú v podstate odpoveďou na riadiace signály. Zariadenie nimi dáva informácie radiču o úspešnej/neúspešnej vykonaní požadovanej operácie, poprípade poskytne dodatočné informácie požadované radičom.
• Dátový tok (⇒) – predstavuje samotné dáta prúdiace zo vstupných zariadení cez ALU do pamäte alebo výstupných zariadení.

Počítač, ktorého metódy spĺňajú metódy von Neumannovej schémy pracuje nasledovne

1. Do pamäte sa cez ALU zapíše program (postupnosť inštrukcií, ktoré sú postupne vykonávané ALU) zo vstupných zariadení. Takýmto spôsobom sa zapíšu do pamäte aj vstupné dáta, ktoré program požaduje.
2. Prebehne vlastný výpočet, ktorý postupne vykonáva ALU. Táto jednotka je riadená radičom, pričom si medzivýsledky ukladá do pamäti.
3. Po ukončení programu sú výsledky kontrolovane poslané na výstupné zariadenie.

Von Neumannova schéma predstavuje len teoretickú schému a popis činnosti počítača.

V praktickej rovine sa táto schéma pomerne verne zhoduje s hardvérovým vybavením dnešných počítačov.

Dnešné počítače sa v akomkoľvek prevedení a forme v teoretickej rovine podobajú tejto schéme. Je samozrejmé, že evolúcia počítačov sa mierne podpísala aj pod niektoré výnimky, ktoré nie sú obsiahnuté vo von Neumannovej schéme:

•   Dnešné počí​tače  dokážu spracovávať niekoľko úloh a teda aj programov naraz – multitasking.

•   Počítač   môže disponovať viacerými procesormi.
•  Existujú aj takzvané vstupno/výstupné zariadenia, z a do ktorých môže byť program a jeho  výsledky zapísané a načítané.
•  Program sa nemusí zaviesť do pamäti celý, stačí len jeho najdôležitejšia časť, pričom ostatné       časti sa zavedú vo chvíli keď sú potrebné.
• Program sa nemusí nahrávať do pamäte cez procesor – DMA (Direct Memory Access – priamy prístup do pamäte), šetrí procesorový čas, ktorý sa vďaka tomu môže venovať vykonávaniu programu.

Webová stránka bola vytvorená pomocou on-line webgenerátora WebĽahko.sk