フォン・ノイマンモデル

フォンノイマンは 1945 年にコンピュータアーキテクチャの設計を提案しました。これは、後にフォンノイマンアーキテクチャとして知られるようになりました。これは、制御ユニット、演算、論理メモリユニット (ALU)、レジスタ、入出力で構成されていました。

フォンノイマンアーキテクチャは、命令データとプログラムデータが同じメモリに保存されるストアドプログラムコンピュータの概念に基づいています。この設計は現在でも製造されているほとんどのコンピューターで使用されています。

フォン・ノイマンモデルのコンポーネント:

大部分のデータ処理操作を実行するコンピュータの部分は中央処理装置と呼ばれ、CPU と呼ばれます。

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中央処理装置は、コンピュータプログラムの命令の実行を担当する電気回路として定義することもできます。

CPU は、コンピュータに組み込まれている命令の種類に応じてさまざまな機能を実行します。

CPU の主なコンポーネントは、算術論理ユニット (ALU)、制御ユニット (CU)、およびさまざまなレジスタです。

算術論理演算ユニット (ALU) は、命令を実行するために必要なマイクロ操作を実行します。簡単に言うと、ALU を使用すると、算術演算 (加算、減算など) および論理演算 (AND、OR、NOT など) を実行できます。

コンピュータシステムのコントロールユニットは、ALU、メモリ、入出力デバイスなどのコンポーネントの動作を制御します。

コントロールユニットは、フェッチされる命令のアドレスを含むプログラムカウンタと、実行のためにメモリから命令がフェッチされる命令レジスタで構成されます。

レジスタとは、CPU 内の高速記憶領域を指します。 CPU によって処理されたデータはレジスタからフェッチされます。

以下は、データ処理において重要な役割を果たすレジスタのリストです。

レジスター	説明
MAR (メモリアドレスレジスタ)	このレジスタは、アクセスする必要があるデータのメモリ位置を保持します。
MDR（メモリデータレジスタ）	このレジスタは、メモリとの間で転送されるデータを保持します。
AC（アキュムレータ）	このレジスタは、算術および論理の中間結果を保持します。
PC（プログラムカウンター）	このレジスタには、次に実行される命令のアドレスが含まれています。
CIR (電流命令レジスタ)	このレジスタには、処理中の現在の命令が含まれます。

バスは、複数レジスタ構成システムのレジスタ間で情報を共有する手段です。

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バス構造は、レジスタの各ビットに 1 本の共通線のセットで構成され、バイナリ情報が一度に 1 つずつ転送されます。制御信号は、特定の各レジスタ転送中にバスによってどのレジスタが選択されるかを決定します。

データ転送用の 3 つの主要なバスシステムで構成されるフォンノイマンアーキテクチャ。

バス	説明
アドレスバス	アドレスバスは、プロセッサとメモリの間でデータのアドレス (データではない) を運びます。
データバス	データバスは、プロセッサ、メモリユニット、および入出力デバイスの間でデータを伝送します。
コントロールバス	コントロールバスは CPU からの信号/コマンドを伝送します。

メモリユニットは、ストレージとの間で情報を転送するために必要な関連回路を備えたストレージセルの集合です。メモリはバイナリ情報をワードと呼ばれるビットのグループに保存します。メモリユニットの内部構造は、メモリユニットに含まれるワード数と各ワードのビット数によって指定されます。

コンピュータシステムでは、主に 2 種類のメモリが使用されます。