Von Neumannova arhitektura: povijest nastanka pojma

Arhitektura von Neumann, također poznat kao von Neumann modela ili Princeton arhitekture, temelji se na metodi opisanoj u 1945, matematičar i fizičar John von Neumann u izvješću „Prvi nacrt” računalnog EDVAC.

Arhitektura sklop

U izvješću opisao Von Neumannova arhitektura dijagram elektroničkog digitalnog računala s dijelovima koji se sastoji od procesnih jedinica, koja obuhvaća:

• aritmetički logička jedinica;
• registri procesor;
• kontrolna jedinica koja sadrži upute za registar i programsku brojač;
• memoriju za pohranjivanje podataka,
• vanjski uređaj za pohranu;
• ulazni i izlazni mehanizam.

Značenje razvoja sastojao se u činjenici da su sve informacije pohranjene na podatke o računalu može koristiti od strane programa, u kojem je rad, odabrani podaci ne mogu se reproducirati u isto vrijeme, jer oni dijele zajedničku autobus. Spominje se u „prvi nacrt”, koja opisuje znanstvenik misli o tome što bi arhitektura trebala biti. Von Neumann se zove ova situacija „usko grlo”, koje se često ograničava performanse sustava.

Načela Von Neumannova arhitektura

Digitalno računalo - računalo, spremanje program koji obuhvaća programske upute, čitanje podataka, pisanje, a također uključuje memorija s izravnim pristupom (RAM). Načela arhitekture Johna von Neumann je navedeno u djelu „Prvi projekt.” Prema njegovim riječima, računala pohranjeni u memoriji programa su poboljšanje u odnosu na kontrolu računala, kao što je ENIAC. Potonji se programirati postavljanjem prekidača i umetanje flastera, što je rezultiralo usmjeravanje podataka i kontrolnih signala između različitih funkcionalnih blokova. U velikoj većini memorije koristi se modernim računalima na ovaj način. Tako arhitektura računala Von Neumann je različit, na primjer, na Harvardu, tako da se ne koristi glavni i cache memorije.

prapovijest

Prva su računala dati fiksni program. Neke vrlo jednostavne računala i dalje koristiti ovaj dizajn ili zbog jednostavnosti ili trening svrhe. Na primjer, stolni kalkulator je i računalo s fiksnim program. To može raditi s osnovama matematike, ali ne može se koristiti kao program za obradu teksta , ili konzole. Promjena fiksni program za stroj zahtijeva rewiring, restrukturiranje ili reorganizaciju aparata. Najraniji računala nisu bila tako uska, jer su oni razvili prvi put i znanstvene svrhe. Reprogramiranje pojavio mnogo kasnije i to je bio mukotrpan posao, budući blok dijagrama i novčanice i završava detaljnim nacrtima. Posebno teško je proces modernizacije fizičkih oporavak stroj kanala. To može potrajati instalaciju tri tjedna na ENIAC i težak to izraditi Internet funkcionirati.

Nova ideja

S računalom, pohranjivanja programa u memoriji, sve se promijenilo. Pohranjene u memoriji, oni su dizajn sa skupom uputa. To znači da stroj može odmah dobiti set uputa za obavljanje izračune.

Dizajn takvih programa odnosi se na samo-mijenjanja koda. Jedan od prvih biljaka za takav objekt je potreba za algoritam za povećanje ili na drugi način izmijeniti adresu dio naredbe. Bio je postavljen ručno u ranim dizajna. To je postalo manje važno kada indeks registri i neizravno adresiranje postao zajedničke karakteristike koje posjeduje i računalne arhitekture John von Neumann strojeva. Ostale koristi - za umetanje često koristi podataka u tok naredbi s neposredna rješenja. No, samo-mijenjanja koda u velikoj mjeri je bio kritiziran jer je obično teško razumjeti i ispravljanje. Osim toga, on je također pokazao se nedjelotvornim u smislu reprodukcije i caching sheme modernih procesora.

Uglavnom, sposobnost za liječenje upute i podatke - to je ono što čini sastavljači, prevodiocima, sastavljači, utovarivače i druge instrumente s mogućim predmetima automatiziranog programa. Dakle, govoriti, pisati programe koji pišu programe. U manjem opsegu, ponavljajućih intenzivnih ulazni i izlazni operacije, kao što BitBlt-slika manipulacije primitivnim ili piksela i Vertex programima za sjenčanje u modernim 3D grafiku, nađeno je da se nedjelotvornim pokrenuti bez korisničkog opreme.

Razvoj koncepta pohranjene u memoriji programa

Matematičar Alan Turing, koji je imao interes u problemu Matematička logika nakon Max Newman je predavanja na Sveučilištu u Cambridgeu, napisao je članak u 1936, ona je objavljena u izdanju London Mathematical Society. U njemu je opisao hipotetski stroj, koji je nazvao „univerzalni stroj za računanje”, a koji je sada poznat kao univerzalni Turingov stroj. Imala je beskonačno pohranu (u modernoj terminologiji - memorije), koji je sadržavao upute i podatke, koji je stvorio i arhitekturu. Von Neumann je postao upoznat s Turinga u vrijeme kada je bio gostujući profesor na Cambridgeu 1935. godine, au tijeku je obranio doktorsku disertaciju na Turingov Institutu za Advanced Study u Princetonu (New Jersey) u 1936-1937.

Neovisno Ji Presper Eckert i Dzhon Mochli, koji je razvio ENIAC škola elektrotehnike na Sveučilištu u Pennsylvaniji, piše o konceptu stroja, koji pohranjuje program u memoriju u prosincu 1943. Kada planirate novi stroj, EDVAC Eckert je napisao u siječnju 1944. da će pohraniti podatke i programe u novom uređaju koji se može adresirati memoriju pomoću metalne žive kašnjenje. Bilo je to prvi put da je izgradnja praksa stroj koji pohranjuje program u memoriji su predložene. U isto vrijeme, on i Mauchly nisu bili svjesni rad Turing (na slici dolje).

Računalna arhitektura: načelo Von Neumann

Von Neumann je bio uključen u „Projekt Manhattan” u National Laboratory u Los Alamos, koji je zahtijevao veliku količinu računanja. To mu je privuklo projektu u ljeto 1944. ENIAC. Tamo se pridružio raspravama o razvoju EDVAC računalu. Unutar ove skupine, napisao je članak pod naslovom „Prvi nacrt izvješća o EDVAC», na temelju rada Eckert i Mauchly. Bilo je nedovršena, kada je njegov kolega Goldstein distribuira projekt s von Neumann (usput, Eckert i Mauchly su zapanjeni ovu vijest). Ovaj dokument je pročitao desetke kolega von Neumann u Americi i Europi, a imala je dubok utjecaj na sljedeću fazu razvoja računala.

Osnovna načela Von Neumannova arhitektura, kao što je navedeno u „prvi nacrt”, stekao veliku popularnost, a Turingov pokrila izvješće o elektroničkom kalkulator, koji je detaljno opisan u inženjering i programiranje. On je naveo i predstavljanje autora automobila, koji se zove Automatski Computing Engine (ACE). On je to predstavio izvršnog odbora britanskog National Physical Laboratory u 1946. Nakon nekog vremena, čak i uspješna provedba različitih ACE dizajna proizvedeno.

Početak projekte

I projekt von Neumann i Turingov dokumenata opisuje računalo pohranjuje u memoriji određeni program, ali članak Von Neumann postići veću cirkulaciju u društvu, a arhitektura računala postala poznata kao John von Neumann arhitekture.

Godine 1945. profesor Neumann, koji je tada radio u inženjerskoj školi u Philadelphiji, gdje je prvi put sagrađena ENIAC, izdana u ime svojih kolega izvješće o logičkom dizajn digitalnih računala. Izvješće daje prilično detaljan prijedlog za izgradnju stroja, koji je kasnije postao poznat kao EDVAC. Ona je tek nedavno osnovan u Americi, ali izvješće je nadahnuo stvaranje von Neumann EDSAC.

Manijaci i Joniacs

Godine 1947., Burks, Goldstein i von Neumann objavljen još jedan izvještaj koji je regulirao gradnju drugog tipa automobila (ovaj put paralelno), koji je trebao biti iznimno brz, sposoban, možda, da nose do 20.000 operacija u sekundi. Naveli su da je neriješen problem u izgradnji toga je razvoj prikladnog memorije, svi sadržaji koji moraju biti odmah dostupna. Prvo, oni predlažu da se koriste posebne vakuumske cijevi, naziva Selectron, koji je izumio u Princeton laboratoriju. Takve cijevi su skupi, i učiniti ih vrlo teško, pogotovo ako koristite ovu arhitekturu. Von Neumann je naknadno odlučili graditi auto na temelju Williamsa memorije. Ovaj stroj, koji je završen u lipnju 1952. na Princetonu, postao nadaleko poznat manijak (ili samo Maniacs). Njegov dizajn je inspiriran kreatora na izgradnji pola tuceta ili više sličnih uređaja, koji se sada gradi u Americi i zove strip Johniacs.

načela stvaranja

Jedan od najvažnijih suvremenih digitalnih računala, utjelovljujući razvoj i napredak u tehnici automatskog elektroničkog izračuna je pokazao na National Physical Laboratory u Teddington, gdje je projektiran i izgrađen od strane male grupe matematičara, inženjera i istraživačkih inženjera, uz pomoć brojnih proizvodnih inženjera iz engleskog Electric Company Ltd Oprema je još uvijek u laboratoriju, ali samo kao prototip mnogo veće biljke, koji je poznat kao Automatic Computing Engine. No, unatoč relativno maloj težini i sadržaju od samo 800 termionska ventila, to je iznimno brz i svestran brojanje stroj.

Osnovni pojmovi i apstraktni principi izračun strojevima su formulirani dr Turing na temelju istog London Mathematical Society u 1936, ali rad na takvim strojevima u Velikoj Britaniji je odgođen zbog rata. Godine 1945., ispitivanje problemima stvaranja takvih uređaja i dalje na National Physical Laboratory dr Vormsli, inspektor Odjela za matematiku laboratorija. Pridružio se Turing i njegov mali tim stručnjaka, a do 1947. godine preliminarno planiranje je dovoljno napredan da opravdaju uspostavu posebnog grupe.

Prva računala na Von Neumannova arhitektura

Prvi projekt opisuje shemu koja je korištena od strane mnogih sveučilišta i korporacija da izgrade svoje vlastite računala. Među njima, samo ILLIAC ORDVAC i imaju kompatibilne poduka setovi.

Klasična von Neumann je arhitektura bila utjelovljena u Manchester mali eksperimentalni stroj (SSEM), prozvan za bebe na Sveučilištu u Manchesteru, koji je napravio svoj prvi uspješno lansiranje uređaja koji drži programa memorije, 21. lipnja 1948.

EDSAC University of Cambridge, prvi praktični elektroničkog računala te vrste, uspješno je lansiran prvi put u svibnju 1949. godine.

Razvoj stvorenih modela

IBM SSEC imali priliku razmotriti upute i podatke i javno je pokazao 27. siječnja 1948. Ova sposobnost je potvrđen u US Pat. Međutim, to je djelomično elektromehanički stroj, nego potpuno elektronički. U praksi, upute su pročitali od papira trakom, zbog ograničene memorije.

Beba je bila prva u potpunosti elektronski računalu da radi pohranjene programe. To je faktoring Program ran za 52 minuta, 21. lipnja 1948, nakon starta i jednostavan izračun dijeljenjem izračun koji pokazuje da su dva broja relativno prosti.

ENIAC je bio modificiran za rad kao primitivno računalo za čitanje, ali na istoj arhitekturi, te je pokazao 16. rujna 1948. godine, a lansiranje Adele Goldstein programa organiziran uz pomoć von Neumann.

BINAC proveo nekoliko test programe u veljači, ožujku i travnju 1949. godine, iako to nije bio završen do rujna 1949. godine. Osim toga, test serije su provedena (neke uspješne) drugih elektroničkih računala, što je karakteristično za arhitekturu. Von Neumann, usput, i dalje raditi na projektu „Manhattan”. To je kao svestran čovjek.

Evolucija arhitekture sabirnica

Kroz desetljeća, već u 60-ih i 70-ih, računala općenito su postali manji i brže, što je rezultiralo u razvoju koja je prošla računalo arhitekturu von Neumann. Na primjer, prikaz ulazne i izlazne memorije omogućuje odgovarajućih uređaja, podatke i upute o tome kako integrirati u sustav koji će biti obrađen, ostati u sjećanju. Autobus sustav može se koristiti za pružanje modularni sustav s manje. To se ponekad naziva „racionalizacija” arhitekture. U narednim desetljećima, a ponekad jednostavno mikrokontrolera ne koristiti neke značajke tipičnog modela u cilju smanjenja troškova i veličinu. No, velika računala slijediti uspostavljenu arhitekture, kao što su dodali značajke za poboljšanje performansi.