Von Neumannova architektura: historie vzniku tohoto pojmu

Architektura von Neumann, také známý jako von Neumann modelu, nebo Princeton architektury, založené na metodě popsané v roce 1945, matematik a fyzik John von Neumann ve zprávě „První návrh“ počítačového EDVAC.

Architektura obvod

Zpráva popisuje von Neumann architektura schéma elektronického digitálního počítače s díly skládající se z jednotky pro zpracování, zahrnující:

• aritmetická logická jednotka;
• registry procesoru;
• řídicí jednotka obsahuje registr instrukce a čítač programu;
• paměť pro uložení dat;
• externí paměťové zařízení;
• vstupní a výstupní mechanismy.

Význam vývoje spočívala v tom, že veškeré informace uložené na informace o počítači mohou být použity v rámci programu, ve kterém se operace, vybraná data nelze přehrávat současně, protože sdílejí společný autobus. To je zmíněno v „první návrh“, který popisuje vědec myšlení o tom, co architektura by měla být. Von Neumann nazývá se tato situace „úzké místo“, které často omezuje výkon systému.

Principy von Neumannova architektura

Digitální počítač - počítač, uložení programu, který obsahuje programové instrukce jsou data čtení, psaní, a také obsahuje paměť s přímým přístupem (RAM). Principy architektury John von Neumann nastínil ve svém díle „The prvního projektu.“ Podle něj počítače uložené v paměti programu bylo zlepšení oproti kontrole počítačů, jako ENIAC. Ten byl naprogramován nastavením spínačů, a vložení náplasti, což má za směrování datových a řídících signálů mezi různými funkčními bloky. V drtivé většině paměti je využíváno i moderními počítači tímto způsobem. Tak architektura počítače von Neumann je jiný, například z Harvardu, takže se nepoužívá hlavní a vyrovnávací paměť.

pravěk

První počítače dostaly pevnou program. Některé velmi jednoduché počítače i nadále používat tento design nebo pro zjednodušení nebo výcvikové účely. Například, stolní kalkulačka je také počítač s pevným programem. Může pracovat se základy matematiky, ale to nemůže být použit jako textový procesor , nebo herní konzole. Změna programu pevnou stroj vyžaduje přepojování, restrukturalizace nebo reorganizace přístroje. Nejčasnější počítače nebyly tak úzká, jak byly vyvinuty poprvé a pro vědecké účely. Přeprogramování se objevily mnohem později a bylo to pracné, protože blokových schémat a bankovek a končí podrobnými návrhy. Zvlášť obtížné byl proces modernizace fyzických kanálů obnovy stroj. To může trvat instalace tři týdny na ENIAC a snaží se, aby to fungovalo.

Nová myšlenka

S počítačem, uložení programu do paměti, se všechno změnilo. Ukládají do paměti, jsou konstrukce se sadou instrukcí. To znamená, že stroj může okamžitě získat sadu instrukcí k provádění výpočtů.

Konstrukce těchto programů se týká vlastní modifikující kódu. Jeden z prvních závodů na takový objekt byl potřeba algoritmus pro zvýšení nebo jinak změnit části adresy příkazů. Byl umístěn ručně v časných designů. Toto stalo se méně důležité, když indexové registry a nepřímé adresace se stal společné rysy posedlých počítačové architektury John von Neumann stroje. Jiná použití - vkládání často používaných dat v proudu příkazů s okamžitým řešením. Ale self-modifikovat kód do značné míry byla kritizována, protože to je obvykle velmi obtížné pochopit a ladění. Kromě toho se také ukázala jako neúčinná, pokud jde o rozmnožování a ukládání do mezipaměti schémata moderních procesorů.

Zkrátka a dobře, schopnost zacházet s instrukcemi jak datech - to je to, co dělá montérů, kompilátory, montéry, nakladače a další nástroje s možnými objekty automatizovaného programování. Abych tak řekl, psát programy, které psát programy. V menším měřítku, bylo zjištěno, že opakující intenzivní vstupní a výstupní operace, jako jsou BitBlt-image manipulace primitivních nebo pixel a vertex shadery v moderních 3D grafice jako neúčinná běžet bez zásahu uživatele zařízení.

Vývoj koncepce uložen v programové paměti

Matematik Alan Turing, kteří měli zájem o problému matematické logiky po přednáškách Max Newman na Cambridge University, napsal článek, v roce 1936 bylo zveřejněno ve vydání Londýnské matematické společnosti. V něm popsal hypotetický stroj, který nazval „univerzální výpočetní stroj“, a který je nyní známý jako univerzální Turingův stroj. Měla nekonečný úložný prostor (v moderní terminologii - paměť), který obsahoval jak instrukce a data, která byla vytvořena a architektury. Von Neumann se seznámil s Turing v době, kdy byl hostujícím profesorem na Cambridge v roce 1935, a v průběhu obhajobou disertační práci na Turing Institute for Advanced Study v Princetonu (New Jersey) v 1936-1937.

Nezávisle Ji Presper Eckert a Dzhon Mochli, který vyvinul ENIAC škola elektrotechnická na University of Pennsylvania, píše o konceptu stroje, který uchovává program v paměti v prosinci 1943. Při plánování nový stroj, EDVAC, Eckert psal v lednu 1944, že bude ukládat data a programy v novém zařízení adresovatelné paměti pomocí zpoždění kovové rtuti. Bylo to poprvé, kdy výstavba praxe stroj, který ukládá program v paměti byly navrženy. Současně, on a Mauchly nebyli vědomi práce Turing (na obrázku níže).

Architektura počítače: princip Von Neumann

Von Neumann byl zapojen do „Manhattan Project“ v Národní laboratoři v Los Alamos, což si vyžádalo obrovské množství výpočtů. To ho přitahovalo k projektu v létě 1944 ENIAC. Tam vstoupil do jednání o rozvoji EDVAC počítače. V rámci této skupiny, on napsal článek s názvem „První návrh zprávy o EDVAC», založený na práci Eckert a Mauchly. Byl to nedokončený, když jeho kolega Goldstein distribuován projektu s von Neumann (mimochodem, Eckert a Mauchly byli ohromeni tuto zprávu). Tento dokument byl přečten desítky kolegové von Neumanna v Americe a v Evropě a měl hluboký dopad na další fázi vývoje počítače.

Základní principy von Neumann architektuře, jak je stanoveno v „první verzi,“ získala širokou popularitu, zatímco Turing zakryla zprávu o elektronickém kalkulátoru, který byl podrobně popsán ve strojírenství a programování. Bylo uvedeno a prezentace autorova vozu, který byl nazýván Automatic Computing Engine (ACE). Představil ji do výkonného výboru britského National Physical Laboratory v roce 1946. Po nějaké době se vyráběly i úspěšné realizace různých ACE vzorů.

spustit projekty

A projekt dokumentů von Neumann a Turing popisuje počítač ukládání do paměti specifický program, ale ten článek Von Neumann dosahuje většího oběhu ve společnosti a počítačové architektury se stal známý jako John von Neumann architektuře.

V roce 1945 profesor Neumann, který pak pracoval ve strojírenském škole ve Filadelfii, kde se poprvé byla postavena ENIAC, vydaný jménem svým kolegům zprávu o logickém návrhu číslicových počítačů. Zpráva poskytuje poměrně podrobný návrh na konstrukci stroje, který se od té doby stal známý jako EDVAC. Měla teprve nedávno vznikla v Americe, ale zpráva inspirovala vznik von Neumann EDSAC.

Maniaci a Joniacs

V roce 1947, Burks, Goldstein a von Neumann publikoval další zprávu, která pokryla výstavba jiný typ vozu (tentokrát paralelní), který měl být velmi rychlý, schopný snad nést až 20.000 operací za sekundu. Uvedly, že nevyřešeným problémem při stavbě to byl vývoj vhodného paměti, veškerý obsah, který musí být okamžitě k dispozici. Za prvé, navrhuje použít speciální elektronku, která se nazývá Selectron, který byl vynalezen na Princeton laboratoři. Takové trubky jsou drahé, a učinit je velmi obtížné, a to zejména pokud používáte tuto architekturu. Von Neumann následně rozhodl postavit auto založené na paměti Williamse. Tento stroj, který byl dokončen v červnu 1952 v Princetonu, stal se široce známý MANIAC (nebo jen Maniacs). Jeho design je inspirován tvůrci na konstrukci půl tuctu nebo více podobných zařízení, která jsou v současné době postaven v Americe a vyzval komických Johniacs.

principy tvorby

Jeden z nejmodernějších digitálních počítačů, ztělesňující vývoj a zlepšení v technice automatického elektronického počítání byla prokázána v Národní fyzikální laboratoře v Teddington, kde byl navržen a postaven malou skupinou matematiků, inženýrů a výzkumných inženýrů, s pomocí celé řady výrobních inženýrů z anglického Electric Company Ltd. Zařízení je stále v laboratoři, ale pouze jako prototyp mnohem větší závod, který je známý jako Automatic Computing Engine. Ale i přes relativně malou hmotnost a obsah pouhých 800 thermionic ventily je extrémně rychlý a všestranný počítání stroj.

Základní pojmy a abstraktní principy výpočtu obsluha strojů byly formulovány Dr. Turing na základě stejného London matematické společnosti v roce 1936, ale práce na těchto strojích ve Velké Británii byla odložena válkou. V roce 1945, zkoumání problematiky vytváření takových zařízení pokračovalo v National Physical Laboratory Dr. Vormsli, vrchním katedry matematiky Laboratory. On se připojil k Turing a jeho malý tým odborníků, a do roku 1947 předběžné plánování je dostatečně pokročilá, aby ospravedlnit vytvoření zvláštní skupiny.

První počítače na architektuře von Neumann

Prvním projektem je popsán systém, který byl v mnoha univerzit a společností slouží k vytváření vlastních počítačů. Mezi nimi pouze ILLIAC ORDVAC a mají kompatibilní instrukční sady.

Klasická von Neumann architektura byla zakotvena v Manchesteru malé experimentální stroj (SSEM), přezdívaný dítě na univerzitě v Manchesteru, který dělal jeho první úspěšné vypuštění zařízení, které drží v paměti programu, 21. června 1948.

EDSAC University of Cambridge, první praktický elektronický počítač tohoto druhu, byla úspěšně zahájena poprvé v květnu 1949.

Vývoj vytvořených modelů

IBM SSEC měl příležitost posoudit podle pokynů dat a byl veřejně demonstroval 27. ledna 1948. Tato schopnost je potvrzena v americkém pat. Nicméně, to bylo částečně elektromechanický stroj, spíše než plně elektronická. V praxi instrukce byly odečteny z děrné pásky díky své omezené paměti.

Dítě byl první plně elektronický počítač spustit uložené programy. Je factoring Program běžel po dobu 52 minut, 21 června 1948 po spuštění a jednoduchý výpočet rozdělení výpočet, který ukazuje, že obě čísla jsou coprime.

ENIAC byl upraven tak, aby pracoval jako primitivní počítač pro read-only, ale na stejné architektuře, a bylo prokázáno 16. září 1948, a zahájení programu Adele Goldstein organizována pomocí von Neumann.

BINAC strávil několik testovacích programů v únoru, březnu a dubnu 1949, ačkoli to nebylo dokončeno do září 1949. Kromě toho zkušební jízdy byly provedeny (některé úspěšné) další elektronické počítače, což je charakteristické pro architekturu. Von Neumann, mimochodem, a pokračoval v práci na projektu „Manhattan“. To je takový všestranný člověk.

Vývoj sběrnice systémové architektury

Přes desetiletí, již v 60. a 70. letech, počítače obecně staly menší a rychlejší, což má za následek vývoj, který prodělal architektuře počítače von Neumann. Například zobrazení vstupního a výstupního paměti umožňuje příslušná zařízení, dat a návod, jak začlenit se do systému, který bude vyřízena, zůstávají v paměti. Autobus systém může být použit pro modulární systém s menší. To je někdy nazýváno „racionalizace“ architektury. V následujících desetiletích, někdy jednoduché mikroprocesory nepoužívají některé vlastnosti typické modelu s cílem snížit náklady a velikost. Ale velké počítače sledovat zavedenou architekturu, protože přidali funkce pro zlepšení výkonu.