Hogyan működik a számítógép?

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

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

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.