Von Neumann Arxitektura: muddatga yuzaga tarixi

Arxitektura von Neumann, kompyuter EDVAC hisoboti "birinchi loyihasi" da 1945, matematik va fizik Jon von Neumann tasvirlangan usuli asosida ham von Neumann modeli, yoki Prinston me'moriy sifatida tanilgan.

elektron Arxitektura

hisobot qismlari, qayta ishlash birliklaridan iborat o'z ichiga olgan elektron raqamli kompyuter von Neumann Arxitektura diagramma tasvirlangan:

• arifmetik mantiqiy birligi;
• protsessor registrlari;
• bir qo'llanma reestrini va dastur counter tashkil topgan nazorat birligi;
• ma'lumotlarni saqlash uchun xotira;
• tashqi xotira qurilmasi;
• Kirish va chiqish mexanizmlari.

rivojlantirish ma'nosi kompyuter axborot saqlangan har qanday ma'lumot, ular bir umumiy avtobusga almashish, chunki operatsiya, tanlangan ma'lumotlar, bir vaqtning o'zida o'ynagan bo'lishi mumkin emas bo'lgan dastur tomonidan foydalanish mumkin, deb aslida iborat. Bu arxitektura bo'lishi kerak, nima haqida olim fikrni bayon "birinchi qoralama", ham zikr qilingan. Von Neumann ko'pincha tizimining ish faoliyatini chegaralaydi bu vaziyat "darboğaz», deb nomlangan.

von Neumann arxitektura tamoyillari

Raqamli kompyuter - kompyuter, dastur ko'rsatmalar, ma'lumotlar, o'qish, yozish o'z ichiga oladi, va shuningdek, tasodifiy kirish xotira (RAM) o'z ichiga olgan dastur saqlash. Jon von Neumann tomonidan arxitektura tamoyillari, uning ishida belgilangan "birinchi loyihasi." Unga ko'ra, dastur xotirada saqlangan kompyuterlar kabi ENIAC kabi kompyuterlar, nazorat ustidan yaxshilash edi. ikkinchisi turli funktsional bloklari orasidagi ma'lumotlar va nazorat signallari yo'l-yo'riq, natijada siri sozlash va yomon qo'shish tomonidan dasturlashtirilgan edi. xotira ko'pchilik ham bu tarzda zamonaviy kompyuterlar tomonidan foydalaniladi. Shunday qilib , kompyuter arxitektura u asosiy va kesh xotira foydalanish emas, shuning uchun von Neumann, Garvard, masalan, farq qiladi.

Sana oldin

birinchi kompyuterlar bir belgilangan dastur berildi. Ba'zi juda oddiy kompyuterlar hali ham bu dizayn yoki soddalik yoki o'quv maqsadlari uchun foydalanish. Misol uchun, bir ish stoli kalkulyator, shuningdek, bir belgilangan dastur bilan kompyuter. Bu matematika asoslari bilan ishlash mumkin, lekin bu sifatida foydalanish mumkin emas , bir so'z protsessor , yoki o'yinlar konsoli. sobit mashina dasturini o'zgartirish apparati rewiring, qayta qurish yoki qayta qurish talab etiladi. Ular birinchi marta va ilmiy maqsadlar uchun ishlab chiqilgan bo'lib, erta kompyuterlar, shuning uchun tor emas edi. Qayta ancha keyin paydo bo'ldi va u blok diagramma va pul birligi va oxirgi batafsil loyihalar beri, bir qiyin jarayon edi. Ayniqsa, qiyin jismoniy mashina tiklash kanallar modernizatsiya jarayoni edi. Bu ENIAC uch hafta o'rnatish olish va ish qilish uchun harakat qilishi mumkin.

Yangi g'oya

Agar kompyuter bilan, xotirada bir dastur saqlash, har bir narsa o'zgardi. xotirada saqlangan, ular ko'rsatmalar majmui bilan dizayn bor. Bu mashina darhol hisob-kitoblarni amalga oshirish uchun ko'rsatmalar majmuini olishingiz mumkin, degan ma'noni anglatadi.

Bunday dasturlarning dizayn o'z-o'zini o'zgartirish kodi bilan bog'liq. Bunday bir ob'ekt uchun birinchi o'simliklar biri oshirish yoki boshqa buyruqlar manzili qismini o'zgartirish uchun algoritm ehtiyoj edi. U erta dizaynlashtirilgan qo'lda joylashtirildi. indeks registrlari va bilvosita Jon von Neumann mashinalari kompyuter arxitekturasi ega umumiy xususiyatlarini aylandi murojaat qilib, bu kam muhim bo'ldi. Boshqa foydalanish - tez yechimlari bilan buyruqlar yashayotganimizni tez-tez ishlatiladigan ma'lumotlarni kiritish uchun. Bu tushunish va debug odatda qiyin, chunki Lekin katta darajada o'z-o'zini o'zgartirish kodi tanqid qilindi. Bundan tashqari, u shuningdek, zamonaviy protsessorlar ko'paytirish va keshlash sxemalar bo'yicha samarasiz bo'lib chiqdi.

Tomonidan va katta, ma'lumotlar sifatida ko'rsatmalarga davolash qilish qobiliyati - bu avtomatlashtirilgan dasturlash mumkin bo'lgan ob'ektlar bilan birlashtiruvchi, kompilyatorlar, birlashtiruvchi, o'rnatish va boshqa asboblarni, nima qiladi. Shunday qilib, dasturlarni yozish dasturlarni yozish uchun, gapirish. kichikroq hajmdagi, bunday zamonaviy 3D-grafikali bilan ibtidoiy BitBlt-image maniplasyonlan yoki piksel va uch shader kabi takrorlab, kuchli, kirish va chiqish operatsiyalar, foydalanuvchi uskunalar holda ishlatish uchun samarasiz bo'lishi topilgan.

kontseptsiyasini ishlab chiqish dasturi xotirasida saqlanadi

Matematik Alan Turing, Kembrij universitetining Max Nyuman ning ma'ruzalar keyin matematik mantiq muammo qiziqish bor, u London Matematika Jamiyati nashrida chop etilgan edi, 1936 yilda bir maqola yozgan. Unda, u "universal hisoblash mashinasi" deb nomlangan va hozir bir universal Turing mashinasi sifatida tanilgan bir faraziy mashinasini, tasvirlangan. Har ikki ko'rsatmalar va ma'lumotlar, yaratilgan va arxitekturasini mavjud, - U (xotira, zamonaviy terminlari) cheksiz saqlash edi. Von Neumann u Kembrij bir tashrif professor 1935 yilda paytda Turing bilan tanishdi va qoldi 1936-1937 yilda Prinston Advanced Study uchun Turing instituti (Nyu-Jersi) da doktorlik dissertatsiyasini himoya jarayonida.

Mustaqil Pensilvaniya universitetida Elektrotexnika ENIAC maktabini ishlab Ji Presper Eckert va Dzhon Mochli, dekabr 1943 xotirasida dasturi saqlaydi mashina tushunchasi, haqida yozgan. yangi mashinasini, EDVAC rejalashtirishda, Eckert u metall simob uzilish foydalanishga yangi qurilma manzilini xotirasida ma'lumotlarni va dasturlarni saqlash, deb yanvar 1944 yilda yozgan. Bu xotirada dasturini saqlaydi bir amaliyot mashina qurilish taklif qilingan birinchi marta edi. Shu bilan birga, u va Mauchly Turing (quyida tasvirlangan) ish xabardor emas edi.

Kompyuter arxitektura: Von Neumann tamoyili

Von Neumann hisoblash katta miqdorda talab Los Alamos Milliy laboratoriyasida «Nafasni loyihasi", ishtirok etgan. Bu 1944 ENIAC yozida loyihaga uni uyg'otdi. U erda rivojlantirish EDVAC kompyuterda muhokama qo'shildi. Bu guruh ichida, u Eckert va Mauchly ishi asosida, EDVAC »bo'yicha" A birinchi loyihasi hisoboti nomlangan qog'oz yozgan. uning hamkasbi Goldstein (aytmoqchi, Eckert va Mauchly bu yangilikni hayratga) von Neumann bilan loyihani tarqatiladi qachon tugallanmagan edi. Ushbu hujjat Amerika va Evropada hamkasblari von Neumann o'nlab tomonidan o'qish va kompyuter rivojlantirish keyingi bosqichida katta ta'sir ko'rsatdi qilindi.

Turing muhandislik va dasturlash batafsil bayon etilgan elektron kalkulyator, uning hisobot qoplangan esa von Neumann arxitekturasi asosiy tamoyillari, amalga belgilangan bo'lib, "birinchi qoralama," keng mashhurlik bo'ldi. Marhamat va Avtomatik Computing Engine (Ace) deb nomlangan mualliflik avtomobil, taqdimot qilindi. U 1946 yilda Britaniya Milliy jismoniy laboratoriya Ijroiya qo'mitasi, uni taqdim etdi. Bir oz vaqtdan so'ng turli ACE dizaynlashtirilgan ham muvaffaqiyatli amalga oshirish ishlab chiqarildi.

loyihalarni ishga tushirish

Va von Neumann va Turing hujjatlar loyiha xotirasiga ma'lum bir dastur saqlash, bir kompyuterni tasvirlaydi, lekin maqola Von Neumann jamiyatda katta aylanishini erishilgan va kompyuter arxitektura Jon von Neumann arxitektura sifatida tanildi.

1945-yilda, uning hamkasblari nomidan chiqarilgan, keyin u birinchi ENIAC qurilgan Filadelfiya, muhandislik maktabda ishlagan professor Neumann, raqamli kompyuterlar mantiqiy dizayni bo'yicha hisobot. hisobot buyon EDVAC sifatida ma'lum bo'ldi mashina, qurilishi uchun juda batafsil taklifini beradi. U yaqindagina Amerikada tashkil etilgan edi, lekin bir hisobot von Neumann EDSAC yaratish ruhlantirgan.

Maniacs va Joniacs

1947-yilda, Burks, Goldstein va von Neumann sekundiga 20000 operatsiyalar gacha oshirish uchun, ehtimol, qobiliyatli, juda tez bo'lishi kerak edi avtomobil boshqa turdagi (bu safar parallel), qurish qoplangan boshqa hisobot chop etildi. Ular u qurilishida jur'atsiz muammo barcha mazmuni, darhol mavjud bo'lishi kerak, bir mos xotira rivojlantirish ekanini ta'kidladi. Birinchidan, ular Prinston laboratoriyasida ixtiro qilindi Selectron deb nomlangan maxsus vakuum naychani, foydalanish uchun tavsiya etilgan. Bunday quvurlar qimmat, va siz bu arxitekturasini foydalanayotgan ayniqsa, agar, ularni juda qiyin qilish. Von Neumann keyinchalik Uilyams xotirasida asoslangan mashina qurish qaror qildi. Prinston iyun 1952 yilda tugallandi, bu mashina, keng ma'lum MANIAC (yoki faqat Maniacs) aylandi. Uning dizayni hozir Amerikada qurilgan va kulgili Johniacs deb nomlangan etilmoqda yarim o'nlab yoki undan ko'p shunga o'xshash qurilmalar, qurish yaratuvchilari tomonidan vahiy qilingan.

yaratish tamoyillari

avtomatik elektron hisoblash texnikasi ishlab chiqish va takomillashtirish atvorda eng zamonaviy raqamli kompyuterlar biri, ingliz Electric ishlab chiqarish muhandislari bir qator ko'magida, u mo'ljallangan va matematiklar, muhandislar va tadqiqot muhandislari kichik bir guruh tomonidan qurilgan Teddington, Milliy jismoniy laboratoriya namoyish etildi kompaniyasi Ltd. uskunalar, lekin faqat Avtomatik Hisoblash Engine sifatida tanilgan juda katta zavod, bir prototip sifatida, laboratoriya hali. Lekin, faqat 800 thermionic armaturani nisbatan kichik og'irligi va tarkibiga qaramasdan, u juda tez va ko'p tomonlama hisoblash mashinasi.

mashinalari yordamida asosiy tushunchalar va mavhum tamoyillari hisoblash 1936 yilda shu London Matematika Jamiyati asosida doktor Turing tomonidan formuladan, lekin urush kechiktirildi Buyuk Britaniyada bu kabi mashinalar ustida ishlash etildi. 1945-yilda, masalan, qurilmalar yaratish muammolari imtihon Milliy jismoniy laboratoriya doktor Vormsli, Matematika laboratoriya bo'limi sağlamlık da davom etdi. U Turing va mutaxassislar uning kichik jamoaga qo'shildi va 1947 dastlabki rejalashtirish uchun maxsus guruh tashkil oqlash uchun etarlicha rivojlangan edi.

von Neumann arxitektura bo'yicha birinchi kompyuterlar

birinchi loyiha o'z kompyuter qurish ko'p oliy o'quv yurtlari va kompaniyalar tomonidan ishlatilgan bir sxemasini ta'riflaydi. Ular orasida, faqat ILLIAC ORDVAC va mos buyruq silsilasini bor.

Klassik von Neumann Arxitektura dasturi xotirani, 1948, 21 iyun ushlab qurilmaning birinchi muvaffaqiyatli ishga tushirganini qilgan Manchester universiteti, da Baby laqabli, Manchester kichik eksperimental mashinaning (SSEM) mujassam edi.

Kembrij EDSAC universiteti, bu turdagi birinchi amaliy elektron kompyuter, may 1949 yilda muvaffaqiyatli birinchi marta ishga tushirilgan.

yaratilgan modellarni ishlab chiqish

IBM SSEC ma'lumotlari kabi ko'rsatmalarga ko'rib uchun imkoniyat bor edi va ommaviy yanvar 27, 1948 namoyish etildi. Bu qobiliyati AQSh patent sobit bo'lgan. Biroq, u asosan bir to'liq elektron ko'ra, qisman elektromexanik mashina edi. Amalda, ko'rsatmalar, chunki uning cheklangan xotirasi qog'oz lenta o'qib qilindi.

Baby saqlangan dasturlarni ishlatish uchun birinchi to'liq elektron kompyuter bo'ldi. Faktoring dasturi boshlangan va ikki raqamlari coprime ekanligini ko'rsatadi hisob bita oddiy hisoblash so'ng 1948 21 Iyun, 52 daqiqa davomida yugurib ketdi.

ENIAC faqat o'qish uchun ibtidoiy kompyuter sifatida ishga o'zgartirish, lekin shu arxitektura bilan bog'liq, va 16 sentyabr, 1948 yil tomonidan namoyish etildi, va Adele Goldstein dasturi ishga tushirilishi von Neumann yordamida tashkil etildi.

Bu sentyabr 1949 yilgacha qurib emas edi-da BINAC, Fevral, mart va aprel 1949 yilda bir necha test dasturlarini o'tkazdi. Bundan tashqari, sinov harakat qiladi me'moriy xarakterlidir (ba'zi muvaffaqiyatli) boshqa elektron kompyuterlar, amalga oshirildi. Von Neumann, aytmoqchi, va "Manxetten" loyihasi ustida ishlashni davom ettirdi. Bu, masalan, bir ko'p tomonlama odam.

avtobus tizimi arxitekturasi Evolution

o'n yillar davomida, allaqachon 60 va 70-yillarda, umuman, kompyuterlar, kompyuter arxitekturasini von Neumann ro'y berdi bir evolyutsiyasi natijasida, tezroq kichik bo'lib va. Misol uchun, kirish va chiqish xotira ko'rsatish qayta qilinadi tizimiga integratsiyalashuvi uchun qanday tegishli vositalar, ma'lumotlar va ko'rsatmalar, xotirada qoladi beradi. A avtobus tizimi kichik bir modulli tizim ta'minlash uchun foydalanish mumkin. Bu ba'zan arxitekturasi "ratsionalizatorlik" deb ataladi. Keyingi o'n yilliklarda, ba'zan oddiy Microcontrollers xarajatlarni va hajmini kamaytirish maqsadida tipik modeli ba'zi xususiyatlaridan foydalanish emas. Ular faoliyatini yaxshilash uchun xususiyatlarini qo'shgan Lekin katta kompyuterlar, belgilangan arxitekturasini amal.