Фон Нейман архитектурасы: мерзімі басталған тарихы

сәулет фон Нейман, баяндамасында 1945 жылы сипатталған әдісі негізінде, сондай-ақ фон Нейман үлгі ретінде белгілі, немесе Принстон сәулет, математик және физик Джон фон Нейман компьютерлік EDVAC «бірінші жобасы».

тұйықталу сәулет

есеп қамтитын, өңдеу бірлік тұратын бөліктеріне электрондық цифрлық компьютер фон Нейман архитектурасы сызбаны сипатталған:

• арифметикалық қисындық құрылғысы;
• процессор тізілімі;
• нұсқау тізілімін және бағдарламалық счётчик қамтитын басқару блогы;
• Деректерді сақтауға арналған жад;
• Сыртқы жад құрылғысы;
• кіріс және шығыс механизмдері.

даму мағынасы компьютерлік ақпаратты сақталған кез келген ақпарат, олар ортақ автобус ортақ, себебі операция, таңдалған деректер, бір уақытта ойнату мүмкін емес, онда бағдарлама, пайдаланылуы мүмкін, бұл шын мәнінде тұрды. Ол ғалым қандай болуы тиіс сәулет туралы ойладым сипаттайды «бірінші жобасы», аталған. Фон Нейман жиі жүйесінің өнімділігін шектейді «тар», осы жағдайды атады.

фон Нейман сәулет принциптері

Сандық компьютер - компьютерлік, бағдарламалық нұсқауларын, деректер оқу, жазу, сондай-ақ жадтайтын құрылғы (RAM) қамтиды қамтиды бағдарламасын сақтау. Джон фон Нейман арқылы сәулет принциптері оның жұмысына «Бірінші жоба.» Белгіледі Оның айтуынша, бағдарлама жадта сақталған компьютерлер сияқты ENIAC ретінде компьютерлер, бақылау жетілдіру болды. Соңғы қосқыштар орнату, және патч кірістіру, түрлі функционалдық блоктар арасындағы маршруттау деректер және бақылау сигналдарды нәтижесінде арқылы бағдарламаланған болды. еске басым көпшілігі осы жолмен қазіргі заманғы компьютерлер арқылы, сондай-ақ пайдаланылады. Осылайша компьютерлік сәулет , ол негізгі және кэш жадын пайдаланады кетпес үшін фон Нейман, Гарвард, мысалы, әр түрлі болып табылады.

тарихын

Алғашқы компьютерлер тұрақты бағдарламаны берілді. Кейбір өте қарапайым компьютерлер әлі осы дизайн немесе қарапайымдылық немесе оқу мақсаттары үшін пайдаланады. Мысалы, жұмыс үстелі калькулятор, сондай-ақ белгіленген бағдарлама бар компьютер. Ол математика негіздерімен жұмыс істей алады, бірақ ол сондай-ақ қолданылуы мүмкін емес , бір сөзбен процессор , немесе ойын консолі. тіркелген машина бағдарламаны өзгерту аппараттың rewiring, қайта құрылымдау немесе қайта ұйымдастыру қажет етеді. олар алғаш рет және ғылыми мақсаттар үшін әзірленді ретінде ерте компьютерлер, сондықтан тар емес еді. Перепрограммирования әлдеқайда кеш пайда және ол блок сұлбаларды және банкноттар мен аяқталатын толық конструкцияларын, өйткені, бұл еңбекті процесс болды. Әсіресе қиын физикалық машинада қалпына келтіру арналарының жаңғырту процесі болды. Ол ENIAC үш апта орнатуды қабылдауға және ол жұмыс жасауға тырысып мүмкін.

Жаңа идея

компьютермен, жадында бағдарламасын сақтау, бәрі өзгерді. жадында сақталған, олар тапсырмалар жинағымен жобалау болып табылады. Бұл машина бірден есептеулер жүргізу үшін нұсқаулар жиынтығы алуға болады дегенді білдіреді.

Мұндай бағдарламалардың жобалық өзін-өзі өзгерт код қатысты. осындай нысан үшін бірінші зауыттардың бірі арттыру немесе басқаша пәрмендердің мекенжай бөлігін өзгерту үшін алгоритм қажеттілігі болды. Ол ерте конструкцияларын қолмен орналастырылды. индекстік регистрлер және жанама адрестеу Джон фон Нейман машиналардың компьютерлік сәулет ие ортақ сипаттамалары болған кезде Бұл аз маңызды болды. Басқа қолдану - дереу шешімдер командалар толқынында жиі пайдаланылатын деректер кірістіру үшін. ол әдетте түсіну қиын және отладка, өйткені Бірақ үлкен дәрежеде өзін-өзі өзгерт коды сынға алды. Сонымен қатар, ол сондай-ақ қазіргі заманғы процессорлар молайту және кэштеу схемалары тұрғысынан тиімсіз болып шықты.

Және үлкен, деректер ретінде нұсқауларды емдеу қабілеті - бұл монтажшылар, компиляторлар, монтажшылар, тиегіштер және автоматтандырылған бағдарламалау мүмкін заттармен басқа құралдар етеді. Сондықтан бағдарламаларды жазу бағдарламаларды жазуға, айтуға. аз ауқымда, осындай қарабайыр немесе пиксел қарамастан BitBlt-сурет айла және заманауи 3D-графикада шыңында шейдеров ретінде қарқынды кіріс және шығыс операцияларын қайталанатын, пайдаланушы жабдықтар жоқ іске қосу үшін тиімсіз болуы тапты.

Бағдарлама жадында сақталған тұжырымдамасын әзірлеу

Математик Алан Тьюринг, Кембридж университетінде Макс Newman Дәрістен кейін математикалық логика мәселесіне қызығушылық болды, ол Лондон математикалық қоғамының басылымында жарияланды, 1936 жылы мақала жазды. Онда, ол «әмбебап есептеуіш машиналар» деп аталатын гипотетикалық машинаны, сипатталған, және ол қазір әмбебап Тьюринг машинасының ретінде белгілі. Ол (қазіргі терминологияда - жад) шексіз сақтау болды, екеуі де нұсқауларды және деректерді, құрылды және сәулет қамтылған, ол. Фон Нейман ол 1935 жылы Кембриджде көшпелі профессор болды уақытта Тьюринге танысты, және 1936-1937 жылдары Принстон перспективалық зерттеулер Тьюринг институтының (Нью-Джерси) бойынша докторлық диссертациясын қорғаған барысында болды.

Дербес Пенсильвания университетінде Электротехника ENIAC мектебін дамыған Джи Преспер Эккерт пен Dzhon Mochli, желтоқсан 1943 жадында бағдарламасын сақтайды машина, тұжырымдамасы туралы жазды. Жаңа машинаны жоспарлағанда, EDVAC, Эккерт ол металл сынап кідіріс пайдалана отырып, жаңа құрылғы адрестеу жадында деректерді жəне бағдарламаларды сақтауға болады деп қаңтар 1944 жылы жазған. Ол еске бағдарламасын сақтайтын тәжірибе машинаның құрылысы ұсынылды алғаш рет болды. Сонымен қатар, ол және Mauchly Тьюринге (төменде суретте) жұмыс туралы хабардар болған жоқ.

Компьютерлік архитектура: Фон Нейман принципі

Фон Нейман есептеу үлкен көлемін талап Los Alamos Ұлттық зертханасының «Манхэттен жобасы», тартылған болатын. Ол 1944 ENIAC жазында жобаға оған тартылған. Онда ол даму EDVAC компьютерде талқылау қосылды. Осы топтың шеңберінде, ол «Эккерт пен Mauchly жұмыс негізделген EDVAC» туралы алғашқы жобасы баяндама, атты қағазды жазды. оның әріптесі Гольдштейн фон Нейман (айтпақшы, Эккерт пен Mauchly осы жаңалықтарды таң болды) жобаны таратылады Ол кезде аяқталмаған еді. Бұл құжат Америка мен Еуропада әріптестер фон Нейман ондаған оқып және компьютерлік дамудың келесі кезеңіне терең әсер етті болды.

Тьюринг техникасы және бағдарламалау егжей-тегжейлі сипатталған болатын электронды калькулятор, оның есебін жабылған, ал фон Нейман сәулет негізгі принциптері, баяндалған «жобасының бірінші,» кең танымал болды. Ол мәлімдеді және автоматты есептеуіш машина (ACE) деп аталды авторлық автомобильдің, тұсаукесері болды. Ол 1946 жылы британдық Ұлттық зертхана дене Атқару комитетінің оны ұсынды. Біраз уақыттан кейін түрлі ACE конструкцияларын тіпті табысты іске асыру өндірілді.

жобаларды іске

Ал фон Нейман және Тьюринг құжаттардың жобасы еске нақты бағдарламасын сақтау компьютерді сипаттайды, бірақ мақала Фон Нейман қоғамда үлкен айналымын қол, сәулет және компьютерлік Джон фон Нейман сәулет ретінде белгілі болды.

1945 жылы, содан кейін өз әріптестерінің атынан берілген, ол бірінші ENIAC салынды Филадельфия, инженерлік мектеп, жұмыс істеген профессор Нейман, сандық компьютерлердің логикалық жобалау туралы есеп. есеп бері EDVAC ретінде белгілі болды машинаның, салу үшін өте егжей-тегжейлі ұсыныс береді. Ол жақында ғана Америкада құрылған болатын, бірақ есеп фон Нейман EDSAC құруды шабыттандырды.

Maniacs және Joniacs

1947 жылы, Burks, Гольдштейн және фон Нейман секундына 20000 операциялар дейін асыруға, бәлкім, өте жылдам, қабілетті болуы тиіс болатын автомобильдің басқа түріне (бұл жолы параллель) құрылысын қамтылған басқа есебін жариялады. Олар оның құрылысына шешілмеген проблема қолайлы жады, дереу қол жетімді болуы тиіс, ол барлық мазмұнын дамыту екенін атап өтті. Біріншіден, олар арнайы вакуумдық құбырды пайдалануға ұсынды, Принстон зертханасында ойлап тапты Selectron, деп аталады. Мұндай құбырлар сіз осы архитектурасын пайдаланатын, әсіресе, егер қымбат болып табылады, және оларды өте қиын етеді. Фон Нейман кейіннен Уильямс жадында негізделген автомобиль салу туралы шешім қабылдады. Принстон маусым 1952 жылы аяқталды Бұл машина, кеңінен танымал маньяк (немесе жай ғана атайды) айналды. Оның жобалық қазір Америкада салынған және күлкілі Johniacs деп аталатын жатыр жарым-ондаған немесе бірнеше ұқсас құрылғылар, салу туралы құрушылар шабыттандырады.

құру принциптері

автоматты электрондық есептеу техникасы дамытуды және жетілдіруді күнбе ең заманауи сандық компьютерлер бірі, ағылшын Electric өндірістік инженерлер бірқатар қолдауымен, ол математиктер, инженерлер мен ғылыми-зерттеу инженерлер шағын тобы жобаланған және салынған Teddington Ұлттық зертхана дене, кем көрсетілді Ltd. компаниясы жабдықтар зертханада әлі, бірақ тек автоматты есептеуіш машина ретінде белгілі әлдеқайда көп зауытының прототипі. Бірақ, салыстырмалы түрде шағын салмағы мен ғана 800 Термокатодты клапандар мазмұнына қарамастан, ол өте тез және жан-жақты санау машинасы.

Негізгі ұғымдар мен аннотация принциптері есептеу пайдалана отырып, машиналар 1936 жылы сол Лондон математикалық қоғамының негізінде доктор Тьюринге тұжырымдалған болатын, бірақ Ұлыбританияда мұндай машиналар бойынша жұмыстар соғыс ұсталды. 1945 жылы, осындай құрылғыларды құру мәселесін емтихан Ұлттық дене зертханасы доктор Vormsli, математика лабораториясының департаментінің бастығы жалғасты. Ол Тьюринг мен сарапшылар оның шағын командасына қосылды, және 1947 алдын ала жоспарлау үшін арнайы топ құру ақтау үшін жеткілікті озық болды.

фон Нейман сәулет Алғашқы компьютерлер

Бірінші жоба өз компьютерлер салу көптеген жоғары оқу орындары мен корпорациялардың қолданылған схемасын сипаттайды. Олардың арасында, тек ILLIAC ORDVAC және үйлесімді нұсқаулық жиынтығы бар.

Классикалық фон Нейман архитектурасы бағдарлама жады, 21 маусым 1948 өткізеді құрылғының алғашқы сәтті ұшырды жасалған Манчестер университетінде Baby, лақап Манчестер шағын эксперименттік машина (SSem), көрініс тапты.

Кембридж EDSAC университеті, осындай тұңғыш практикалық электрондық компьютерлік, 1949 жылы мамырда алғаш рет сәтті іске қосылды.

құрылған модельдер дамыту

IBM SSEC деректер ретінде нұсқауларды қарастыру мүмкіндігіне ие болды және жария 27 қаңтар, 1948 көрсетілді. Бұл қабілеті АҚШ патент бекітеді. Алайда, бұл ішінара электромеханикалық машина емес, толық электрондық болды. Іс жүзінде, нұсқаулар, өйткені оның шектеулі еске қағаз таспа бастап оқыды.

Baby сақталған бағдарламаларды іске қосу үшін бірінші толық электрондық компьютер болды. бағдарламаны факторингтік Ол екі сан өзара қарапайым көрсеткендей, ол бастап және қарапайым есептеу есептеу бөлу кейін 52 минут, 21 маусым 1948 үшін жүгірді.

ENIAC тек оқуға арналған қарабайыр компьютер сияқты жұмыс істеуге өзгертілген, бірақ сол сәулет және 16 қыркүйек 1948 көрсетті, және Адель Гольдштейн бағдарламасының іске фон Нейман көмегімен ұйымдастырылды өтті.

ол қыркүйек 1949 жылға дейін аяқталмады дегенмен BINAC, ақпан, наурыз және сәуір 1949 бірнеше сынақ бағдарламаларын өткізді. Сонымен қатар, тест айдап сәулет тән (кейбір табысты) басқа да электрондық компьютерлер, жүзеге асырылды. Фон айтпақшы Нейман, және «Манхэттен» жобасы бойынша жұмысын жалғастырды. Яғни, мұндай жан-жақты адам ғой.

автобус жүйесі сәулет эволюциясы

онжылдықтар арқылы қазірдің өзінде 60-шы және 70-шы жылдары, жалпы компьютерлер компьютерлік сәулет фон Нейман ұшырады эволюция нәтижесінде, аз және тез болды. Мысалы, кіріс және шығыс жады дисплей тиісті құрылғылар, деректерді және жадында қалады, қайта өңделетін болады жүйесіне интеграциялануға қалай нұсқауларды береді. Автобус жүйесі аз бар модульдік жүйесін қамтамасыз ету үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл кейде сәулет «өнертапқыштық» деп аталады. Кейінгі онжылдықта, кейде қарапайым микроконтроллерлер құны мен көлемін азайту мақсатында типтік моделін кейбір мүмкіндіктерін пайдалануға болмайды. олар өнімділігін жақсарту үшін мүмкіндіктерді қостыңыз Бірақ үлкен компьютерлер, белгіленген сәулет орындаңыз.