Фон Нојман архитектура: историја на појава на терминот

Архитектурата на фон Нојман, исто така познат како модел на фон Нојман, или Принстон архитектура, врз основа на методот опишан во 1945 година, математичар и физичар Џон фон Нојман во извештајот "Првиот предлог" на компјутер EDVAC.

архитектура на колото

Во извештајот се опишува фон Нојман архитектура дијаграм на електронски дигитален компјутер со делови кои се состојат од обработка на единици, се состои од:

• аритметичка логичка единица;
• регистри на процесорот;
• контролната единица содржи регистарот настава и контра програмата;
• меморија за зачувување на податоци;
• надворешен уред за складирање;
• влезни и излезни механизми.

Значењето на развој се состои во фактот дека сите информации зачувани на информации на компјутер може да се користи од страна на програмата, во која на работа, избраните податоци не може да се игра во исто време, бидејќи тие имаат заедничка автобус. Таа се споменува во "првиот нацрт", која ја опишува научник мисла за тоа што треба да биде архитектура. Фон Нојман повика оваа ситуација "тесно грло", која често ја ограничува ефикасноста на системот.

Принципите на фон Нојман архитектура

Дигитален компјутер - компјутер, чување програма која содржи инструкции програма, податоци за читање, пишување, и, исто така, вклучува случаен пристап меморија (RAM). Принципи на архитектурата од страна на Џон фон Нојман истакна во своето дело "Првиот проект". Според него, компјутери се чуваат во меморијата на програмата беа подобрување во однос на контрола на компјутери, како што се ENIAC. Вториот е програмиран со поставување на прекинувачи, и вметнување на далноводи, што резултира со рутирање на податоци и контролни сигнали помеѓу различните функционални блокови. Во поголемиот дел на меморија е исто така се користи од страна на современите компјутери во овој начин. Така компјутерска архитектура фон Нојман е различна, на пример, од Харвард, така што тоа не го користи главниот и кеш меморија.

праисторијата

Првиот компјутери беа дадени фиксна програма. Некои многу едноставни компјутери се уште го користат овој дизајн или за целите на едноставноста или обука. На пример, калкулатор е исто така компјутер со фиксна програма. Тоа може да работи со основите на математиката, но тоа не може да се користи како збор процесор , или конзола за игри. Промена на програмата фиксни машина бара rewiring, реструктуирање или реорганизација на апаратот. Најраните компјутери не беа толку тесни, како што се развиени за прв пат и за научни цели. Репрограмирање појавија многу подоцна и тоа беше тежок процес, бидејќи блок дијаграми и банкноти, а завршува детални дизајни. Особено тешко беше процесот на модернизација на физички канали обновување машина. Тоа може да потрае три недели инсталација на ENIAC и се обидува да го направите да работи.

Новата идеја

Со компјутер, чување програма во меморијата, се се смени. Зачувани во меморијата, што се дизајн со сет на инструкции. Ова значи дека машината може веднаш да се добие збир на упатства за извршување на пресметки.

Дизајнот на таквите програми се однесува на само-прилагодување на код. Еден од првите растенија за таков објект потреба за алгоритам за да се зголеми или на друг начин ја промените адресата дел од команди. Тој беше ставен рачно во почетокот на дизајн. Ова стана помалку важно кога регистри индекс и индиректно адресирање стана заеднички карактеристики во посед на компјутерска архитектура на Џон фон Нојман машини. Други намени - за да вметнете често користени податоци во поток на команди со непосредна решенија. Но, само-прилагодување на кодот во голема мера беше критикуван поради тоа што обично е тешко да се разбере и дебагирање. Покрај тоа, тој, исто така, се покажа како неефикасен во однос на репродукција и кеширање шеми на модерна процесори.

Од страна и големи, способност за лекување на инструкции како податоци - тоа е она што го прави монтажници, компајлери, монтажници, натоварувачи и други инструменти со можни објекти на автоматски програмирање. Така да се каже, да пишуваат програми кои пишуваат програми. Во помал обем, периодични интензивна влезни и излезни операции, како што BitBlt слика манипулации примитивни или пиксел и вертекс шејдерите во модерната 3D-графика, беа пронајдени да биде неефикасна да работи без корисникот опрема.

Изготвување на концепт се чуваат во меморијата на програмата

Математичар Алан Тјуринг, кој имал интерес за проблемот на математичката логика по предавања Макс Њуман на Универзитетот во Кембриџ, напиша една статија во 1936 година, беше објавен во издание на Лондон Математичка општество. Во него, тој го опиша хипотетички машина, која ја нарече "универзална компјутерска машина", а кој сега е познат како универзален Тјурингова машина. Таа имаше бескрајна складирање (во современата терминологија - меморија), кој содржи инструкции и податоци, која е создадена и архитектурата. Фон Нојман се запознава со Туринг во време кога тој бил визитинг професор на Кембриџ во 1935 година, а во текот на одбраната на докторската дисертација на Тјуринг Институтот за напредни студии во Принстон (Њу Џерси) во 1936-1937.

Независно оде Presper Екерт и Dzhon Mochli, кој го разви ENIAC Електротехничкиот факултет на Универзитетот во Пенсилванија, пишува за концептот на машината, која продавници програмата во меморијата во декември 1943 година. Кога се планира нова машина, EDVAC, Екерт напиша во јануари 1944 година дека ќе ги чува податоците и програмите во нов уред адресибилен меморија со користење одложување метална жива. Тоа беше прв пат биле предложени изградба на пракса машина која ги зачувува на програмата во меморијата. Во исто време, тој и Mauchly не биле свесни за работата на Тјуринг (на сликата подолу).

Компјутерска архитектура: принципот фон Нојман

Фон Нојман беше вклучен во "Менхетн Проект" во Националната лабораторија во Лос Аламос, која бара огромна сума на пресметување. Тоа го привлекуваше со проектот во текот на летото на 1944 година ENIAC. Таму тој се приклучи на разговорите за развој EDVAC компјутер. Во рамките на оваа група, тој напиша една хартија со наслов "Првиот нацрт извештај за EDVAC», врз основа на работата на Екерт и Mauchly. Тоа беше довршена кога неговиот колега Голдстајн дистрибуирани проект со фон Нојман (патем, Екерт и Mauchly беа вчудоневидени оваа вест). Овој документ беше прочитана од страна на голем број на колеги фон Нојман во Америка и Европа и имаше големо влијание на следната фаза на компјутер развој.

Основните принципи на фон Нојман архитектура, како што е утврдено во "првиот нацрт" доби широка популарност, додека Тјуринг опфатени својот извештај за електронски калкулатор, кој е опишана во детали во инженерство и програмирање. Констатирано е и претставување на авторот автомобил, кој беше наречен Автоматски Компјутери мотор (ACE). Тој го презентираше на Извршниот комитет на британскиот Национален физичка лабораторија во 1946 година. По некое време се произведени дури и успешната имплементација на различни ACE дизајни.

започнете проекти

И проектот на фон Нојман и Туринг документи опишува компјутер складирање во меморијата специфична програма, но на статијата фон Нојман се постигне поголема циркулација во општеството, како и компјутерска архитектура стана познат како Џон фон Нојман архитектура.

Во 1945 година, професорот Нојман, кој тогаш работел во инженеринг училиште во Филаделфија, каде што за прв пат беше изградена ENIAC, издаден на име на своите колеги го пријавите на логички дизајн на дигитални компјутери. Извештајот дава прилично детален предлог за изградба на машина, која оттогаш стана познат како EDVAC. Таа имаше само неодамна беше основана во Америка, но во извештајот инспирираше создавање на фон Нојман EDSAC.

Манијаци и Joniacs

Во 1947 година, Burks, Голдстајн и фон Нојман објави уште еден извештај во кој се опфатени изградба на уште еден тип на автомобил (овој пат паралелно), кој требаше да биде исклучително брзо, способни, можеби, да го носи до 20.000 операции во секунда. Тие истакнаа дека нерешениот проблем во изградбата на тоа беше развој на соодветна меморија, сите содржини на кои мора да бидат веднаш достапни. Прво, тие предлагаат да се користи специјални вакуум цевки, наречен Selectron, кој бил измислен во лабораторијата Принстон. Таквите цевки се скапи, и да ги направи многу тешко, особено ако сте со користење на оваа архитектура. Фон Нојман потоа одлучи да се изгради автомобил базиран на меморија Вилијамс. Оваа машина, која била завршена во јуни 1952 година во Принстон, стана нашироко познат манијак (или само измамници). Неговиот дизајн е инспириран од страна на креаторите на изградбата на половина дузина или повеќе слични уреди, кои се сега се гради во Америка и ги повика стрип Johniacs.

принципи создавање

Еден од најпознатите современи дигитални компјутери, кои вклучуваат развој и подобрување во техника на автоматски електронски пресметка е докажано во Националната физичка лабораторија во Teddington, каде што е дизајниран и изграден од страна на една мала група на математичари, инженери и инженери истражувања, со помош на голем број на производни инженери од англискиот Електричен Company Рибар Опремата се уште е во лабораторија, но само како прототип на многу поголема фабрика, која е позната како Автоматски Компјутери мотор. Но, и покрај релативно мала тежина и содржината на само 800 thermionic вентили, тоа е исклучително брзо и разноврсна броење машина.

Основни концепти и апстрактни принципи пресметка со машини биле формулирани од страна на д-р Тјуринг врз основа на истиот Лондон Математичка општество во 1936 година, но работат на такви машини во Велика Британија беше одложена од војната. Во 1945 година, преглед на проблемите на создавање на такви уреди продолжи во Националната физичка лабораторија д-р Vormsli, началник на Одделението за математика лабораторија. Тој се приклучил на Тјуринг и неговиот мал тим од експерти, како и да се во 1947 година претходно планирање беше доволно напредни за да се оправда за воспоставување на посебна група.

На првите компјутери на архитектурата на фон Нојман

Првиот проект опишува шема која се користи од страна на многу универзитети и корпорации да се изгради своите компјутери. Меѓу нив, само ILLIAC ORDVAC и имаат компатибилни поставува настава.

Класична фон Нојман архитектура беше олицетворена во Манчестер мали експериментални машина (Оваа машина), со прекар Бебе на Универзитетот во Манчестер, кој го направи својот прв успешното лансирање на уред кој држи меморијата на програмата, на 21 јуни 1948 година.

EDSAC Универзитетот во Кембриџ, првиот практичен електронски компјутер од овој вид, успешно беше лансиран првиот време во мај 1949 година.

Развојот на создадени модели

IBM SSEC имаа можност да се разгледа на упатствата што се податоците и беше јавно демонстрираа 27 јануари 1948 година. Оваа способност е потврдено во САД бр. Сепак, тоа беше делумно електромеханички машина, наместо целосно електронски. Во пракса, инструкциите се читаат од хартија лента поради ограничена меморија.

Бебе е првата целосно електронски компјутер да работи на складирани програми. Тоа факторинг програма се кандидираше за 52 минути, 21 јуни 1948 година, откако започнување и едноставна пресметка поделба на пресметка што покажува дека два броја се coprime.

ENIAC беше изменета за да работи како примитивен компјутер за само за читање, но на истата архитектура, и е докажано од страна на 16 септември, 1948, и на промоцијата на програмата Адел Голдстајн организирани со помош на фон Нојман.

BINAC помина неколку тест програми во февруари, март и април 1949 година, иако тоа не беше завршен до септември 1949 година. Покрај тоа, тест возења се врши (некои успешни) други електронски компјутери, што е карактеристика на архитектурата. Фон Нојман, патем, и продолжи да работи на проектот "Менхетен". Тоа е толку разновиден човек.

Еволуција на архитектура систем автобус

Низ децении, веќе во 60-тите и 70-тите години, со компјутери станаа помали и побрзи, што резултира со еволуција што биле подложени на компјутерска архитектура фон Нојман. На пример, на екранот на влезни и излезни меморија, им овозможува на соодветните уреди, податоци и инструкции за тоа како да се интегрираат во системот што ќе бидат обработени, остануваат во меморијата. Еден автобус систем може да се користи за да се обезбеди модуларен систем со помал. Ова понекогаш се нарекува на "рационализација" на архитектурата. Во наредните децении, понекогаш едноставно микроконтролери не користите некои карактеристики на еден типичен модел со цел да се намалат трошоците и големина. Но, големите компјутери следат основната архитектура, како тие се додаде функции, за да се подобри перформанси.