Ett datorsystem omfattar flera elektroniska komponenter som arbetar tillsammans som en enhet. Ett datorsystem kallas ofta dator men inte ”data”.
DATOR syftar till maskiner medan DATA syftar till ettor och nollor datorer jobbar med.

Datorns arkitektur

John von Neuman datorarkitektur

Sedan 1940-talet har uppfattas ett datorsystem enligt modellen som matematikern John von Neumann tog fram.

I de tidigaste elektroniska datormaskinerna var programmering synonymt med att ansluta kablar till kontakter. Ingen skiktad arkitektur fanns, så att programmera en dator var lika mycket att kunna matematik, elektronik, elektromekanik, och algoritmer. Det var bara några hundra människor runt om i världen som hade förmågan att förstå datormaskiner som fungerade med vakuumrör och reläer. Dessa datormaskiner jobbade med det decimala talsystemet . Ta som exempel ENIAC som byggdes mellan 1943 och 1946. ENIAC bestod av cirka 18 000 elektronrör och vägde 27 ton och placerades i en yta på 167 kvadratmeter.

Uppenbarligen har detta förändrats radikalt genom åren och nu har vem som helst åtkomst till datorer. Så hur började datorarkitekturen att ta form?

En av de få som jobbade med att utveckla ENIAC var en ungersk matematiker som heter John von Neumann. Han ville ändra konceptet av datorarkitekturen, i hans tid startade datormaskiner utan någon lagrade program. Istället ville John Von Neumann ha datorer som kunde behålla program.

Neumanns datorarkitektur är en konceptuell modell som visar hur en dator fungerar. Datorn är programmerbar, kan bearbeta information, kan tillhandahålla resultat och kan behålla det. En sådan dator består av tre hårdvarusystem:

• En central processorenhet (CPU) med en styrenhet, en aritmetisk logikenhet (ALU), register (små lagringsområden) och en programräknare (Program Counter).
• Ett huvudminnessystem som innehåller program som styr datorns funktioner.
• Ett I / O-system.

En Von Neumann datormodell har kapacitet att genomföra sekventiella instruktionsexekveringar. Dock modellen innehåller en enda väg, antingen fysiskt eller logiskt, mellan primätminnet och CPU:ns styrenhet, vilket tvingar växling av instruktions- och exekveringscykler. Denna enda väg (gemensamt för instruktioner och data) kallas ofta för Von Neumanns flaskhals.

En Von Neumann datormodell kör program i cykler bestående av stegen fetch – decode – execute. Arbetet kan beskrivas så här:

1. Fetch – Styrenheten (Control Unit) hämtar nästa programinstruktion från minnet med hjälp av programräknaren som hjälper att bestämma var instruktionen finns.
2. Decode – Instruktionen avkodas till ett språk som ALU kan förstå.
3. Execute – Alla datakoder för operationer som krävs för att utföra instruktioner hämtas från minnet och placeras i register i CPU: n.
4. Store – ALU enheten utför instruktionen och placerar resultaten i register eller minne.

Genom åren har idéerna i von Neumann-arkitekturen utvidgats så att program och data som lagras i ett långsamt åtkomstlagringsmedium, såsom en hårddisk, kan kopieras till ett snabbt åtkomligt, flyktigt lagringsmedium som RAM före exekvering. Denna arkitektur inkluderar specialiserade bussar, flyttalspunkter, och cacheminnen bland flera komponenter till.

Databussen flyttar data från huvudminnet till CPU-registren (och vice versa). Adressbussen innehåller adressen till de data som databussen för närvarande har åtkomst till. Styrbussen bär nödvändiga styrsignaler som anger hur informationsöverföringen ska ske.

Andra förbättringar av von Neumann-arkitekturen inkluderar att använda indexregister för adressering, lägga till flytpunktsdata, använda avbrott och asynkron I/O, lägga till virtuellt minne och lägga till allmänna register.