Von Neumann arhitektura: zgodovina nastanka izraza

Arhitektura von Neumann, znan tudi kot model von Neumann, ali Princeton arhitekture, ki temelji na metodi iz leta 1945, matematik in fizik John von Neumann v poročilu "Prvi osnutek" računalniškega EDVAC-u.

arhitektura Vezje

V poročilu je opisal von Neumann arhitektura diagram elektronskega digitalnega računalnika z deli, sestavljen iz procesorskih enot, ki obsega:

• aritmetično logično enoto;
• registri procesorja;
• krmilna enota obsega ukazni in program števec;
• spomin za shranjevanje podatkov;
• zunanje naprave za shranjevanje;
• vhodni in izhodni mehanizmi.

Pomen razvoja temelji na dejstvu, da se vse informacije, shranjene na računalniške podatke lahko s programom, v katerem je bil postopek, izbrani podatkov ni mogoče igral ob istem času, saj imajo skupno avtobus, ki se uporablja. To je omenjeno v "prvi osnutek", ki opisuje znanstvenik misel o tem, kaj naj bi arhitektura biti. Von Neumann imenuje ta situacija "ozko grlo", ki pogosto omejuje učinkovitost sistema.

Načela von Neumann arhitekture

Digitalni računalnik - računalnik, shranjevanje program, ki vsebuje navodila programa, branje podatkov, pisanje, in vključuje tudi bralno-pisalnega pomnilnika (RAM). Načela arhitekturo z John von Neumann je predstavil v svojem delu "The prvega projekta." Po njegovem mnenju so bili računalniki, shranjene v pomnilniku programa bolje kot nadzor računalnikov, kot ENIAC. Slednja je bila programirana z nastavitvijo stikala, in vstavitev obliža, kar ima za posledico usmerjanje podatkov in kontrolnih signalov med različnimi funkcionalnimi bloki. V veliki večini pomnilnika je s sodobnimi računalniki uporabljajo tudi na ta način. Tako računalniška arhitektura von Neumann je drugačen, na primer, na Harvardu, tako da se ne uporablja glavnega in predpomnilnika.

prazgodovina

Prvi računalniki so imeli fiksno program. Nekaj zelo preprostih računalnikov še vedno uporabljajo to obliko ali zaradi enostavnosti in usposabljanja. Na primer, namizni kalkulator je tudi računalnik s fiksnim programom. To je lahko delo z osnovami matematike, vendar je ni mogoče uporabiti kot urejevalnik besedil , ali igralna konzola. Spreminjanje določen program strojev zahteva ožičenja, prestrukturiranje ali reorganizacija aparata. Prvi računalniki niso bili tako ozko, saj so bili razviti za prvič in za znanstvene namene. Reprogramiranje pojavila mnogo kasneje in je bil težaven proces, saj blok diagramov in bankovcev in se konča podrobnih modelov. Še posebej težko je proces modernizacije fizičnih kanalov izterjavo stroj. To lahko traja tri tedne namestitev na ENIAC in trudi, da bi bilo delo.

Nova ideja

Z računalnikom, shranjevanje program v pomnilniku, se je vse spremenilo. Shranjene v pomnilniku, so oblika z nizom navodil. To pomeni, da lahko stroj takoj dobili nabor ukazov za izvedbo izračunov.

Zasnova teh programov se nanaša na samo-spreminjanje kode. Eden izmed prvih rastlin za takšnega objekta je bila potreba po algoritmu za povečanje ali kako drugače spremeniti naslov del ukazov. On je bil postavljen ročno v zgodnjih modelov. To je postalo manj pomembno, ko je indeks registri in posredno naslavljanje postale skupne značilnosti, ki jih računalniško arhitekturo John von Neumann stroji obsedena. Druga uporaba - vstaviti pogosto uporabljeni podatki v toku ukazov z takojšnje rešitve. Vendar pa je bila samo-spreminjanje kode v veliki meri kritizirali, ker je ponavadi težko razumeti in odpravljanje napak. Poleg tega se je tudi izkazalo, da je neučinkovita v smislu reprodukcije in predpomnjenje sistemov sodobnih procesorjev.

Na splošno sposobnost za zdravljenje navodila so podatki - to je tisto, kar naredi sestavljavce, prevajalniki, sestavljavce, nakladalcev in drugih instrumentov z možnimi predmeti avtomatskega programiranja. Torej govoriti, pisati programe, ki pišejo programe. V manjšem obsegu, ponavljajoče se intenzivno vhodne in izhodne operacije, kot so BitBlt-slike manipulacije primitivnih ali pixel in vertex osenčevalnikih v sodobnih 3D-grafiko, je bilo ugotovljeno, da je neučinkovito, da deluje brez uporabnikove opreme.

Razvoj koncepta shranjene v pomnilniku programa

Matematik Alan Turing, ki je imela interes za problem matematične logike po predavanjih Max Newman je na univerzi v Cambridgeu, je napisal članek leta 1936, je bila objavljena v izdaji London Mathematical Society. V njej je opisal hipotetični stroj, ki jo je imenoval "univerzalni računalništvo stroj", in ki je zdaj znan kot univerzalni Turingov stroj. Imela je neskončno shranjevanje (v moderni terminologiji - pomnilnika), ki je vseboval tako navodil in podatkov, ki je bila ustvarjena in arhitekturo. Von Neumann je seznanil s Turing v času, ko je bil gostujoči profesor na Univerzi v Cambridgeu leta 1935, in v okviru zagovoru doktorske disertacije na Turing Inštitutu za višji študij v Princetonu (New Jersey), v 1936-1937.

Neodvisno Ji Presper Eckert in Dzhon Mochli, ki je razvil ENIAC šolo za elektrotehniko na Univerzi v Pensilvaniji, je pisal o konceptu stroja, ki shranjuje program v pomnilniku v decembru 1943. Pri načrtovanju novega stroja, ADVAC, Eckert zapisal v januarju 1944, da bo shranjevanje podatkov in programov v nove naprave CAM uporabo zamudo kovinskega živega srebra. To je bilo prvič, so bili predlagani gradnja prakse stroj, ki shranjuje program v spomin. Ob istem času, on in Mauchly niso bili seznanjeni z delom Turing (na sliki spodaj).

Računalniška arhitektura: načelo Von Neumann

Von Neumann je bil vpleten v "Manhattan Project" na National Laboratory v Los Alamosu, ki zahteva ogromno računanja. To ga je pritegnilo k projektu poleti leta 1944 ENIAC. Tam se je pridružil razprave o razvojni ADVAC računalniku. V tej skupini je napisal knjigo z naslovom "Prvi osnutek poročila o ADVAC", ki temelji na delu Eckert in Mauchly. To je bil nedokončan, ko je njegov kolega Goldstein razdeli projekt z von Neumann (mimogrede, so Eckert in Mauchly presenečeno te novice). Ta dokument je prebral na desetine sodelavci von Neumann v Ameriki in Evropi in je imel velik vpliv na naslednjo stopnjo računalniškega razvoja.

Temeljna načela von Neumann arhitekture, kot je določeno v "prvem osnutku," pridobila veliko popularnost, medtem ko je Turing zakrila poročilo o elektronski kalkulator, ki je podrobno opisana v inženiring in programiranja. Ugotovljeno je bilo, in predstavitev avtorja avtomobil, ki je bil imenovan samodejni Computing Engine (ACE). On je predstavil izvršnemu odboru britanskega National Physical Laboratory leta 1946. Čez nekaj časa so bili tudi uspešno izvajanje različnih ACE modelov proizvaja.

Začetek projektov

In projekt von Neumann in Turingov dokumentov opisuje računalnik shranjuje v spomin poseben program, vendar je članek Von Neumann je doseči večjo cirkulacijo v družbi, in računalniške arhitekture postal znan kot John von Neumann arhitekture.

Leta 1945 je profesor Neumann, ki je takrat delal v šoli inženiring v Filadelfiji, kjer je najprej bil zgrajen ENIAC, izdan v imenu svojih kolegov poroča o logični zasnovi digitalnih računalnikov. Poročilo vsebuje dokaj podroben predlog za gradnjo naprave, ki je postala znana kot EDVAC-u. Ona je šele pred kratkim ustanovljena v Ameriki, ampak poročilo je spodbudil ustanovitev von Neumann EDSAC.

Maniacs in Joniacs

Leta 1947, Burks, Goldstein in von Neumann objavila novo poročilo, ki je zajemal izgradnjo drugega tipa avtomobila (tokrat vzporedni), ki naj bi bilo zelo hitro, mogoče, mogoče, za prevoz do 20.000 operacij na sekundo. Ugotovili so, da je nerešen problem pri gradnji nje razvoj primernega spomina, mora biti takoj na voljo vse vsebine, ki. Najprej so predlagali, da uporabite posebno vakuumsko cev, imenuje SELECTRON, ki jo je izumil na Princeton laboratoriju. Takšne cevi so drage in jih je zelo težko, še posebej, če so s to arhitekturo. Von Neumann je nato odločila za izgradnjo avtomobila, ki temelji na pomnilniku Williamsa. Ta naprava, ki je bila končana junija 1952 v Princetonu, je postala znana MANIAC (ali pa samo Maniacs). Njegova oblika se zgleduje po ustvarjalcev o graditvi pol ducata ali več podobnih naprav, ki so zdaj zgradili v Ameriki in se imenuje stripi Johniacs.

načela za ustvarjanje

Eden od najbolj sodobnih digitalnih računalnikov, ki vključuje razvoj in napredek v tehniki avtomatskega elektronskega računanja je bila dokazana na National Physical Laboratory v Teddington, kjer je bila načrtovana in z majhno skupino matematikov, inženirjev in raziskovalnih inženirjev zgrajen s pomočjo številnih proizvodnih inženirjev iz angleškega Electric Company Ltd Oprema je še vedno v laboratoriju, vendar le kot prototip za veliko večji obrat, ki je znana kot Automatic računalniškega podjetja. Ampak, kljub relativno majhni teži in vsebini le 800 Termoelektronski ventilov, da je zelo hiter in vsestranski štetje stroj.

Osnovni pojmi in abstraktnih načel izračun strojev so bili oblikovani dr Turing na podlagi istega London Mathematical Society leta 1936, vendar pa je delo na teh strojih v Veliki Britaniji je bila odložena zaradi vojne. Leta 1945 je proučitev problemov ustvarjanja takšnih naprav nadaljeval na National Physical Laboratory dr Vormsli, glavnega oddelka za matematiko laboratorija. Se je pridružil Turing in njegovo majhno skupino strokovnjakov, in na predhodne načrtovanju iz leta 1947 je bila dovolj napredna, da se upraviči ustanovitev posebne skupine.

Prvi računalniki na arhitekturo von Neumann

Prvi projekt opisuje shemo, ki je bila z veliko univerz in korporacij, ki se uporablja za izgradnjo svoje računalnike. Med njimi je le ILLIAC ORDVAC in so združljive z navodili sklopov.

Klasična von Neumann arhitektura je utelešena v Manchester eksperimentalnem stroj (SSEm), vzdevek Baby na univerzi v Manchestru, ki je svoj prvi uspešen začetek delovanja naprave, ki ima spomin program, 21. junij 1948.

EDSAC Univerza v Cambridgeu, je prvi praktični elektronski računalnik za te vrste, se je uspešno začela prvič v maju 1949.

Razvoj ustvarjenih modelov

IBM SSEC imel priložnost, da preuči navodila so podatki in je javno dokazano, January 27, 1948. Ta sposobnost je potrdil v ZDA Pat. Vendar pa je bilo delno elektromehanski stroj, ne pa popolnoma elektronsko. V praksi so navodila brati iz papirja traku zaradi svojega omejenega pomnilnika.

Otrok je bil prvi popolnoma elektronski računalnik za zagon shranjene programe. To faktoring Program je trajal 52 minut, 21. junij 1948, ko se začne in preprost izračun tako, da izračun, ki kaže, da sta obe številke coprime.

ENIAC je bil spremenjen, da deluje kot primitivne računalnik za samo za branje, ampak na isti arhitekturi, in so dokazali, 16. septembra 1948, in začetek programa Adele Goldstein organizirana s pomočjo von Neumann.

BINAC preživel več testnih programov, februarja, marca in aprila 1949, čeprav ni bila končana do septembra 1949. Poleg tega so bili preskusi izvajajo (nekaj uspešnih) drugih elektronskih računalnikov, kar je značilnost arhitekture. Von Neumann, mimogrede, in nadaljeval z delom na projektu "Manhattan". To je tako vsestranski človek.

Razvoj arhitekture bus sistema

Skozi desetletja, že v 60-ih in 70-ih letih, računalnikov na splošno so postali manjši in hitrejši, zaradi česar je razvoj, ki je bil opravljen računalniške arhitekture von Neumann. Na primer, prikaz vhodni in izhodni spomina omogoča ustrezne naprave, podatki in navodila o tem, kako vključiti v sistem, ki bo obdelala, ostanejo v spominu. Sistem vodila se lahko uporabi za modularni sistem z manjši. To se včasih imenuje "racionalizacija" arhitekture. V naslednjih desetletjih, včasih enostavni mikrokontrolerji ne uporabljajo nekatere značilnosti tipičnega modela, da bi zmanjšali stroške in velikost. Toda veliki računalniki sledijo postavljeni arhitekturo, kot so dodatne funkcije za izboljšanje učinkovitosti.