Hogyan működik a számítógép?

Amilyen egyszerű a kérdés, a válasz annál összetettebb. Minden iskolás azonnal rávágná, hogy a Neumann elv szerint.

Neumann architectura

A válasz azonnal hibás, hiszen Neumann János több elvet is előírt:

• Elektronikus működés (a korábbi elektronikus/mechanikus felépítéssel szemben)
• A kettes számrendszer használata (elektronikusan könnyen megvalósítható)
• Belső memória használata
• Tárolt program elve. A számításokhoz szükséges adatokat és programutasításokat a gép azonos módon, egyaránt a belső memóriában (operatív tár) tárolja, azonos formában, tehát csak egy kiragadott memóriatartalmat vizsgálva nem dönthető el, hogy az adott információ adat vagy utasítás.
• Soros utasítás végrehajtás (ez természetesen a feltételes és feltétel nélküli ugró utasításokat megengedi)
• Univerzális felhasználhatóság (a különböző feladatok elvégzését a programok és nem a hardverelemek cseréje biztosítja)
• A számítógépet a következő logikai részekre bontja: központi vezérlőegység, aritmetikai egység,  memória, bemeneti és kimeneti egységek

Néha Eckert architectura néven is előfordul.

Az iskolai válasz így már kicsit korrektebb, azonban még mindig nem teljes, ugyanis nem ejt egy szót sem a Harvard-architektúráról

Harvard architektúra

A Harvard-architektúra a Harvard Egyetem Mark-1 számítógépéhez kidolgozott rendszer, amely a mai napig megtartotta a helyét egyes rendszerekben, sőt gyakran a Neumann és Harvard architektúrát vegyesen használják.

A Harvard architektúra jellegzetessége az egymástól elválasztott adat és utasítás memória (eredetileg lyukszalag).

Ennek a rendszernek több előnye van a Neumann gépekhez képest:

Külön hozzáférés az adat- és utasításmemóriához csökkenti a processzorhoz képest lassú memória okozta szűk keresztmetszetet.

Az adat- és utasításmemória szétválasztása lehetővé teszi, hogy a két memóriarész bitszáma eltérő legyen.

Az adat- és utasításmemória szétválasztása csökkenti a vírusfertőzés veszélyét, hiszen a vírusok nagy részének működése azon alapul, hogy adatként kerül a számítógépre, majd programként elindítják.

Nyilvánvaló hátránya, hogy a szétválasztott adat- és utasításmemória külön korlátot jelent az adatok, és külön korlátot az adatok méretének. A Neumann elvek szerint felépített számítógépek esetén a programok és adatok együttes mennyiségére jelent korlátot a közös memória mérete.

A Harvard-architektúrát gyakran egylapkás rendszerekben, mikróvezérlőkben, illetve a Neumann elvű rendszerekkel kombinálva használják.

Turing gép

A Turing gép egy matematikai modell, a mai számítógépek leegyszerűsített modellje. Alan Turing dolgozta ki és publikálta 1936-ban. A Turing gép elvileg megvalósítható nagyon egyszerű számítógép. A gyakorlatban azonban PC-n megvalósított emulációként létezik.

Eredetileg egy lyukszalag vezérelt egyszerű számítógép, amely minden olyan feladat végrehajtására alkalmas, amelyet algoritmussal meg lehet oldani.

Egyéb (de fontos)

Vannak cél számítógépek illetve cél processzorok.

A video processzorokban (GPU) egy vezérlőegység több ALU-t (Aritmerikai Logikai Egység) vezérel. Ezek ugyan azt a feladatot tudják egyszerre elvégezni. Mivel a grafikai megjelenítés jól párhuzamosítható ez a megfelelő eljárás.

Az analóg számítógépek (klasszikus példa a logarléc) néha olyan feladatokra adnak frappáns válasz, amelyekre a digitális eszközök nem, vagy csak nehezen képesek. A jelentőségük egyre csökken.

A jövő nagy ígérete a  quatum számítógép.

Ha egy feladat elég fontos, vagy elég sokat lehet belőle gyártani, akkor gazdaságos rá célkészüléket csinálni speciális architektúrával, amely ewsetleg egyik eddig ismert felépítésre sem hasonlít, de jól kiszolgálja az adott feladatot.