Фон Нойман архитектура: история на възникване на термина

Архитектурата на фон Нойман, известен също като модел на фон Нойман, или Принстън архитектура, базирана на метода, описан през 1945 г., математик и физик Джон фон Нойман в доклада "Първият проект" на компютър EDVAC.

Архитектурата на схема

Докладът описва фон Нойман архитектура схема на електронен цифров компютър с части, състоящи се от обработващи елементи, съдържащи:

• аритметично логическо устройство;
• регистри на процесора;
• контролната единица, съдържаща регистъра на командите и програмата брояч;
• памет за съхранение на данни;
• външно устройство за съхранение;
• входни и изходни механизми.

Смисълът на развитие се състои в това, че всяка информация, съхранявана на компютъра информация може да се използва от програмата, в която действието, избраните данни не може да се играе в същото време, тъй като те споделят обща автобус. Той е споменат в "първата чернова", в който се описва учен мисълта за това, което трябва да бъде архитектура. Фон Нойман нарича тази ситуация "ограничаващ фактор", който често се ограничава ефективността на системата.

Принципите на фон Нойман архитектура

Цифров компютър - компютър, съхраняване на програма, която се състои от програмни инструкции, четене на данни, писане, а също така включва оперативна памет (RAM). Принципи на архитектурата от Джон фон Нойман, очертани в работата си "Първият проект." Според него, компютри, съхранени в паметта на програмата бяха подобрение в сравнение с контрола на компютри, като ENIAC. Последният се програмира чрез създаване на ключове и поставяне на пластира, в резултат на маршрутизиране на данни и управляващи сигнали между различните функционални блокове. В по-голямата част от паметта се използва и от съвременните компютри по този начин. Така компютърна архитектура фон Нойман е различен, например, от Харвард, така че да не използва основната и кеш памет.

праистория

Първите компютри бяха дадени фиксирана програма. Някои много прости компютри все още използват този дизайн или за целите на простотата или обучение. Например, един настолен калкулатор е и компютър с фиксирана програма. Тя може да работи с основите на математиката, но тя не може да се използва като текстообработваща програма , или конзола за игри. Смяна на програмата, определена машина изисква електро-инсталация, преструктуриране или реорганизация на апарата. Най-ранните компютри не са толкова тесни, тъй като те са разработени за първи път и за научни цели. Препрограмиране се появи много по-късно и това е труден процес, тъй като блоковите диаграми и банкноти и завършващи работни проекти. Особено трудно е процесът на модернизация на физическите канали за възстановяване машина. Това може да отнеме три седмици инсталация на ENIAC и се опитва да я накара да работи.

Нова идея

С компютър, съхраняване програма в паметта, всичко се промени. Съхраняват в паметта, те са проектиране с набор от инструкции. Това означава, че машината може веднага да получи набор от команди за извършване на изчисленията.

Дизайнът на тези програми се отнася до самостоятелно модифициране код. Един от първите растения за такъв обект е необходимост от алгоритъм, за да увеличите или иначе промените адрес част на команди. Той е поставен ръчно в началото на дизайни. Това стана по-малко важно, когато регистрите на индекса и непряка адресация станаха общи характеристики, притежавани от компютърна архитектура на Джон фон Нойман машини. Други приложения - за вмъкване често използваните данни в потока от команди с незабавни решения. Но самостоятелно модифициране кода до голяма степен е била критикувана, защото тя обикновено е трудно да се разбере и отстраняване на грешки. В допълнение, той също се оказа неефективен по отношение на репродукцията и за кеширане на схемите на съвременните процесори.

Като цяло, способността за лечение на инструкции и данни - това е това, което прави за сглобяване, компилатори, монтажници, товарачи и други инструменти с възможни обекти на автоматизирано програмиране. Така да се каже, да пишат програми, които пишат програми. В по-малък мащаб, повтарящи се интензивни входни и изходни операции, като например BitBlt-изображения манипулации примитивни или пикселни и вертексни шейдъри в модерните 3D-графика, е установено, че е неефективно да се движат без потребителско оборудване.

Разработване на концепция, съхранявани в паметта на програмата

Математик Алън Тюринг, който се интересува от проблема на математическата логика след лекции Макс Нюман Университета в Кеймбридж, пише статия през 1936 г., тя е публикувана в изданието на Лондон Математическо общество. В нея той описва хипотетична машина, която той нарича "универсална изчислителна машина", и който сега е известен като универсална машина Тюринг. Тя имаше безкрайно съхранение (в съвременната терминология - памет), който съдържа инструкции, така и данните, които е създаден и архитектурата. Фон Нойман се запознава с Тюринг в момент, когато той е бил гостуващ професор в Кеймбридж през 1935 г., и в хода на защитата на докторската си дисертация на Тюринг Института за напреднали изследвания в Принстън (Ню Джърси), в 1936-1937.

Независимо Джи Presper Екерт и Джон Mochli, които са развили ENIAC гимназия по електротехника в университета в Пенсилвания, пише за концепцията на машината, който съхранява програмата в паметта през декември 1943 година. При планирането на нова машина, на EDVAC, Екерт писа през януари 1944 г. тя ще се съхраняват данните и програмите в ново устройство споделена памет, с помощта на забавяне метален живак. Това беше първият път, са били предложени изграждането на практика машина, която съхранява програмата в паметта. В същото време, той и Мокли не са били наясно с работата на Тюринг (на снимката долу).

Компютърна архитектура: принцип фон Нойман

Фон Нойман е участвал в "Проекта Манхатън" в Националната лаборатория в Лос Аламос, което изисква огромно количество изчисления. Тя го привлече към проекта през лятото на 1944 г., на ENIAC. Там той се присъединява дискусиите по EDVAC развитие на компютъра. В рамките на тази група, той написа книга, озаглавена "Първият проект на доклад за EDVAC», въз основа на работата на Екерт и Мокли. Това беше недовършена, когато колегата му Голдщайн разпределени проект с фон Нойман (между другото, Екерт и Мокли бяха потресени тази новина). Този документ е прочетена от десетки колеги фон Нойман в Америка и Европа и е имал сериозни последици за следващия етап на компютър развитие.

Основните принципи на фон Нойман архитектура, както е посочено в "първата чернова", придобили широка популярност, а Тюринг покрит доклада си на електронен калкулатор, който е описан подробно в техническите и програмни. Бе установено, и представяне на автора автомобил, който се нарича Automatic Computing Engine (ACE). Той го представя на изпълнителния комитет на британската Националната физическа лаборатория през 1946. След известно време са били произведени дори успешното изпълнение на различните проекти АСЕ.

Започнете проекти

И проекта на фон Нойман и Тюринг документи описва компютър съхраняване в паметта на специална програма, но статията фон Нойман постигне по-голяма циркулация в обществото, както и компютърна архитектура стана известен като Джон фон Нойман архитектура.

През 1945 г. проф Нойман, който след това е работил в инженерното училище във Филаделфия, където за първи път е построен ENIAC, издадена на името на своите колеги докладват за логическото проектиране на цифрови компютри. Докладът дава доста подробно предложение за изграждане на машината, която се превърна известен като EDVAC. Беше създадени съвсем наскоро в Америка, но доклад е вдъхновила създаването на фон Нойман EDSAC.

Маниаци и Joniacs

През 1947 г., Бъркс, Голдщайн и фон Нойман, публикуван друг доклад, който обхваща изграждането на друг тип автомобил (този път паралелно), който е трябвало да бъде изключително бързо, способен, може би, за да превозва до 20000 операции в секунда. Те отбелязват, че нерешен проблем в изграждането на това е развитието на подходяща памет, цялото съдържание на които трябва да са на разположение. Първо, те предложено да се използва специална вакуумна тръба, наречена Selectron, който е изобретен в лабораторията Принстън. Тези тръби са скъпи, и ги правят много трудно, особено ако използвате тази архитектура. Фон Нойман впоследствие решава да построи автомобил на базата на паметта на Уилямс. Тази машина, която е завършена през юни 1952 г. в Принстън, е станал широко известен MANIAC (или просто маниаци). Дизайнът му е вдъхновен от създателите на изграждането на половин дузина или повече подобни устройства, които са в момента се строи в Америка и призова комикси Johniacs.

принципи за създаване

Един от най-модерните цифрови компютри, въплъщаваща развитие и усъвършенстване на техниката за автоматично електронно изчисление е демонстрирана в Националната физическа лаборатория в Тедингтън, където е проектиран и построен от една малка група от математици, инженери и инженери, с помощта на редица производствени инженери от Английската Electric Company Ltd. Оборудването е все още в лабораторията, но само като прототип на много по-голям завод, който е известен като Автоматична Computing двигател. Но, въпреки сравнително малкия теглото и съдържанието на само на 800 термионични клапани, това е изключително бърз и гъвкав броене машина.

Основни понятия и абстрактни принципи изчисление с помощта на машини, които са формулирани от д-р Тюринг въз основа на една и съща Лондон Математическо общество през 1936 г., но работим по такива машини в Обединеното кралство е била забавена от войната. През 1945 г. разглеждането на проблемите на създаване на такива устройства, продължава в Националната лаборатория по физика д-р Vormsli, началник на Департамента по математика лаборатория. Той се присъединява към Тюринг и малката му екип от експерти, а на 1947 предварителното планиране е достатъчно напреднала, за да оправдае създаването на специална група.

Първите компютри на архитектурата на фон Нойман

Първият проект описва схема, която е била използвана от много университети и корпорации да изградят свои собствени компютри. Сред тях, само ILLIAC ORDVAC и имат съвместими комплекта инструкции.

Класическа фон Нойман архитектура е въплътен в Манчестър малка експериментална машина (SSEm), по прякор бебе в Университета на Манчестър, което направи първия си успешен старт на устройството, която държи паметта на програмата, 21 юни 1948.

EDSAC Университета в Кеймбридж, първото практическо електронен компютър от този вид, стартира успешно първи път май 1949.

Развитието на създадените модели

IBM КЦКФБ имаха възможност да разгледат инструкциите като данни и е показал публично 27ми януари 1948. Тази способност е потвърден в US Pat. Въпреки, че е частично електромеханично устройство, отколкото напълно електронен. На практика, инструкциите бяха прочетени от хартиена лента поради ограничената памет.

Бебе е първият изцяло електронен компютър, за да изпълните съхраняват програми. Тя факторинг програма изтича в продължение на 52 минути на 21 юни 1948 г., след като се започне и просто изчисление разделяне на изчислението, което показва, че двете числа са взаимно прости.

ENIAC е променен, за да работи като примитивен компютър за само за четене, но на една и съща архитектура, и е доказано от 16 септември 1948 г., Както и стартирането на програма Адел Голдщайн, организиран с помощта на фон Нойман.

BINAC прекарва няколко тестови програми през февруари, март и април 1949 г., въпреки че не е завършен до септември 1949 г.. В допълнение, опитни маршрути са извършени (някои успешни) други електронни компютри, което е характерно за архитектурата. Фон Нойман, между другото, и продължи да работи по проекта "Манхатън". Това е толкова разностранна човек.

Еволюция на архитектурата на автобус система

Чрез десетилетия, вече през 60-те и 70-те, компютрите като цяло са станали по-малки и по-бързо, което води до еволюция, която е преминала през компютър архитектура фон Нойман. Така например, на дисплея на входа и на изхода памет позволява на съответните устройства, данни и инструкции за това как да се интегрират в системата, които ще бъдат обработвани, остават в паметта. Система автобус може да се използва за предоставяне на модулна система с по-малък. Това понякога се нарича "рационализация" на архитектурата. През следващите десетилетия, понякога прости микроконтролери не използват някои функции на един типичен модел, за да се намалят разходите и размер. Но големите компютри следват установена архитектура, тъй като те са добавили функции за подобряване на производителността.