Von Neumann arhitektūra: vēsture rašanās termina

Arhitektūra von Neumann, kas pazīstams arī kā von Neumann modeli, vai Prinstonas arhitektūru, pamatojoties uz aprakstīto 1945, matemātiķa un fiziķis Džons von Neumann ziņojumā "Pirmais projekts" uz datora EDVAC metodi.

Shēma arhitektūra

Ziņojumā aprakstīta von Neumann arhitektūras diagrammu elektronisko digitālo datoru ar daļu, kas sastāv no apstrādes vienību, kas ietver:

• ir aritmētisks loģiskais elements;
• reģistri procesoru;
• vadības bloks sastāv no instrukciju reģistra un programmas skaitītājs;
• atmiņas datu glabāšanai;
• ārēja uzkrāšanas ierīces;
• ievades un izvades mehānismiem.

Nozīme attīstības sastāvēja fakts, ka jebkurš glabājas informācija datora informāciju var izmantot programmu, kurā darbība, atlasītie datus nevar spēlēja tajā pašā laikā, jo tie ir kopīgs autobusu. Tas ir minēts "pirmo projektu", kas apraksta zinātnieku domas par to, kas arhitektūru vajadzētu būt. Von Neumann sauc šo situāciju "vājo", kas bieži ierobežo sistēmas darbību.

Par von Neumann arhitektūras principi

Digitāls dators - dators, uzglabāšanas programmu, kas ietver programmas instrukcijas, datu lasīšana, rakstīšana, un ietver arī brīvpiekļuves atmiņu (RAM). Principi arhitektūras John von Neumann izklāstīts savā darbā "pirmo projektu." Pēc viņa teiktā, saglabātie programmas atmiņā datori bija uzlabojums salīdzinājumā ar kontroli datoru, piemēram, ENIAC. Pēdējais bija ieprogrammēts, nosakot slēdžus, un ievietošanas plākstera, kā rezultātā maršrutēšanas datu un vadības signālu starp dažādiem funkcionāliem blokiem. Jo lielākā daļa atmiņas mūsdienu datoru izmanto arī šādā veidā. Līdz ar datoru arhitektūra von Neumann ir atšķirīgs, piemēram, no Hārvardas, lai tas neizmanto galveno un kešatmiņu.

Aizvēsture

Pirmie datori tika dota fiksētu programmu. Daži ļoti vienkāršas datori joprojām izmantot šo dizainu vai Vienkāršības vai mācību nolūkos. Piemēram, galda kalkulators ir arī dators ar fiksētu programmu. Tā var strādāt ar pamati matemātikas, bet to nevar izmantot kā vārdu procesors vai spēļu konsoli. fiksēto mašīna programmu maiņa prasa pārinstalēt, pārstrukturēšanu vai reorganizāciju aparātu. Agrākais datori nebija tik šauri, jo tie ir izstrādāti pirmo reizi, un par zinātniskiem mērķiem. Pārprogrammēšanu parādījās daudz vēlāk, un tas bija darbietilpīgs process, jo bloku diagrammas un banknošu un beidzas detalizētu dizainu. Īpaši grūti bija modernizācijas process par fizisko mašīnu atgūšanas kanāliem. Tas var aizņemt trīs nedēļas uzstādīšanu uz ENIAC un mēģina padarīt to darboties.

Jauna ideja

Ar datoru, uzglabāt programmu atmiņā, viss mainījies. Glabājot atmiņā, tie ir dizains ar instrukciju kopums. Tas nozīmē, ka mašīna var nekavējoties iegūt instrukciju kopums, lai veiktu aprēķinus.

Šādu programmu izstrāde ir saistīta ar pašu modificēšana kodu. Viens no pirmajiem augiem, par šādu objektu bija nepieciešams algoritmu, lai palielinātu vai kā citādi mainīt adreses daļu komandas. Viņš tika ievietots manuāli sākumā dizainu. Tas kļuva mazāk svarīga, ja indeksu reģistru un netiešā adresācija kļuva kopīgas iezīmes glabājis datora arhitektūra John von Neumann mašīnas. Citi lietojumi - lai ievietotu bieži izmantoti dati straumē komandas ar tūlītējiem risinājumiem. Bet sevi mainīt kods lielā mērā ir tikusi kritizēta, jo tas parasti ir grūti saprast un atkļūdot. Turklāt viņš ir arī izrādījusies neefektīva attiecībā uz reprodukcijas un kešatmiņas shēmām mūsdienu procesoru.

Ar un liela, spēja, lai ārstētu instrukciju, jo dati - tas ir tas, kas padara montētāji, kompilatori, montētājiem, iekrāvēji un citus instrumentus, ar iespējamiem objektiem automatizētu programmu. Tātad runāt, rakstīt programmas, kas raksta programmas. Mazākā mērogā atkārtotie intensīvas ievades un izvades operācijas, piemēram, BitBlt-attēlu manipulācijas primitīvu vai pikseļu un virsotņu šeideru mūsdienu 3D grafika, tika konstatēts, ka neefektīva darboties bez lietotāja iekārtas.

Izstrādāt koncepcijas saglabāti programmas atmiņas

Matemātiķis Alan Turing, kam bija interese par problēmu matemātiskā loģika pēc Max Ņūmena lekcijas Kembridžas universitātē uzrakstīju rakstu 1936. gadā, tas tika publicēts izdevumā Londonas Mathematical Society. Tajā viņš aprakstīja hipotētisku mašīna, ko viņš sauc par "universālā skaitļošanas mašīna", un kas tagad pazīstams kā universālu Tjūringa mašīna. Viņai bija bezgalīgs uzglabāšanu (mūsdienu terminoloģijā - atmiņas), kurā ietverts gan norādījumus un datus, kas tika izveidots un arhitektūru. Von Neumann iepazinās ar Turing laikā, kad viņš bija viesprofesors Cambridge 1935.gadā, un šajā laikā aizstāvēt doktora disertācijas pie Turing Institute for Advanced Study in Princeton (New Jersey) in 1936-1937.

Patstāvīgi Ji Presper Eckert un Dzhon Mochli, kurš izstrādāja ENIAC skola elektrotehnikā Universitātē Pennsylvania, rakstīja par jēdzienu mašīnu, kas uzglabā programmu atmiņā 1943.gada decembrī. Plānojot jaunu mašīnu, ar EDVAC, Eckert rakstīja 1944. gada janvārī tas saglabās datus un programmas jaunajā ierīces adresējama atmiņa izmantojot metāliska dzīvsudraba kavēšanās. Tā bija pirmā reize, kad tika ierosināts būvniecību prakse mašīnu, kurā glabājas programmu atmiņā. Tajā pašā laikā, viņš un Mauchly nebija informēti par darba Turing (attēlā zemāk).

Datoru arhitektūra: Von Neumann princips

Von Neumann bija iesaistīta "Manhattan Project" valsts laboratorijā Los Alamos, kas prasīja milzīgu daudzumu aprēķināšanai. Tas piesaistīja viņam projekta 1944.gada vasarā, ENIAC. Tur viņš pievienojās diskusijas par attīstības EDVAC datoru. Šajā grupā, viņš uzrakstīja grāmatu ar nosaukumu "Pirmais ziņojuma projekts par EDVAC», pamatojoties uz darbu, Eckert un Mauchly. Tā bija nepabeigta, kad viņa kolēģis Goldstein izplatīts projekts ar von Neumann (starp citu, Eckert un Mauchly bija apdullinātas šo ziņu). Šis dokuments ir izlasījis desmitiem kolēģiem von Neumann Amerikā un Eiropā, un bija dziļa ietekme uz nākamo posmu datoru attīstību.

Pamatprincipi von Neumann arhitektūra, kā izklāstīts "pirmo projektu," ieguva plašu popularitāti, bet Turing uz viņas pārskatu par elektronisko kalkulatoru, kas ir aprakstīta detalizēti inženierzinātņu un programmēšanu. Tā ir norādīts un prezentācija autora automašīnu, kas tika sauc Automatic Computing Engine (ACE). Viņš iepazīstināja ar to izpildkomiteja Britu Valsts Fiziskās Laboratory 1946.gadā. Pēc kāda laika tika ražoti pat veiksmīga īstenošana dažādās ACE dizainu.

Sākt projektus

Un projekts von Neumann un Tjūringa dokumentus apraksta datora atmiņā saglabājot īpašu programmu, bet raksts Von Neumann panākt lielāku apriti sabiedrībā, un datoru arhitektūra kļuva pazīstams kā John von Neumann arhitektūru.

1945.gadā profesors Neumann, kurš tad strādāja inženierzinātņu skolā Filadelfijā, kur viņš pirmo reizi ENIAC bija uzcelta, izdota vārdā viņa kolēģu ziņot par loģisku dizaina ciparu datoriem. Ziņojumā sniegts diezgan detalizētu priekšlikumu par būvniecības mašīnas, kas kopš tā laika kļuvusi zināma kā EDVAC. Viņa bija tikai nesen tika izveidota Amerikā, bet ziņojumā ir iedvesmojusi izveidot von Neumann EDSAC.

Maniacs un Joniacs

1947. gadā, Burks, Goldstein un von Neumann publicēja vēl vienu ziņojumu, kas aptvēra celtniecību cita automobiļa tipa (šoreiz paralēli), kas bija vajadzēja būt ļoti ātri, iespējams, varbūt, lai veiktu līdz 20000 operāciju sekundē. Viņi norādīja, ka neatrisināta problēma būvniecībā tā bija attīstība piemērotu atmiņas, viss tā saturs, kas ir pieejams uzreiz. Pirmkārt, viņi ierosināja izmantot īpašu vakuuma caurule, ko sauc par Selectron, kas tika izgudrots pie Princeton laboratorijā. Šādas caurules ir dārgas, un padarīt tās ir ļoti grūti, it īpaši, ja jūs izmantojat šo arhitektūru. Von Neumann vēlāk nolēma uzbūvēt auto, pamatojoties uz Williams atmiņā. Šī mašīna, kas tika pabeigta 1952. gada jūnijā Princeton, ir kļuvis plaši pazīstams MANIAC (vai tikai Maniacs). Tās dizainu ir iedvesmojusi veidotājiem par būvniecību pusducis vai vairāk līdzīgām ierīcēm, kas tagad tiek būvēts Amerikā un sauc komiksu Johniacs.

izveides principi

Viena no mūsdienu digitālo datoru, kas ietver attīstību un uzlabošanu tehnikā automātiskās elektroniskās skaitļošanas pierādīta Valsts Fiziskās Laboratory Teddington, kur tā tika izstrādāta, un uzcēla nelielu grupu matemātiķi, inženieri un pētniecības inženieri, ar palīdzību no vairākiem ražošanas inženieri no angļu Electric Kompānija SIA Iekārta joprojām laboratorijā, bet tikai kā prototips daudz lielāku augu, kas ir pazīstams kā automātiskās Computing Engine. Bet, neskatoties uz salīdzinoši nelielu svaru un saturu, tikai 800 Optoslēdži, tā ir ļoti ātra un daudzpusīga skaitīšanas mašīna.

Pamatjēdzieni un abstrakti principi aprēķinu mehānismu ir formulēti Dr Turing, pamatojoties uz to pašu Londonas Mathematical Society in 1936, bet strādāt ar šādām iekārtām Apvienotajā Karalistē ir aizkavējusies par karu. 1945.gadā pārbaude problēmām šādas ierīces radot turpinājās pie Valsts Fiziskās Laboratory Dr. Vormsli, superintendents Matemātikas katedras laboratorijā. Viņš pievienojās Turing un viņa mazo komanda ekspertu, un līdz 1947. gada iepriekšēju plānošanu ir pietiekami attīstīta, lai pamatotu izveidot īpašu grupu.

Pirmie datoriem von Neumann arhitektūra

Pirmais projekts apraksta shēmu, kas ir daudzas universitātes un korporācijas tika izmantoti, lai veidotu savus datorus. Starp tiem, tikai ILLIAC ORDVAC un ir saderīgas instrukciju kopas.

Klasiskā von Neumann arhitektūra tika iekļauts Manchester nelielo eksperimentālo iekārtu (SSEM), iesaukts Baby Universitātē Manchester, kas ļāva pirmo veiksmīgo ierīces, kas satur programmas atmiņu, 1948.gada 21. jūnijā.

EDSAC University of Cambridge, pirmais praktiskais elektroniskā datora šāda veida, tika veiksmīgi uzsākta pirmo reizi 1949 gada maijā.

No radīto modeļu izstrāde

IBM SSEC bija iespēja apsvērt norādījumus, kā datus, un tā publiski demonstrēja gada 27. janvārī, 1948. Šī spēja ir apstiprināts ASV pat. Tomēr tas bija daļēji elektromehāniskās mašīna, nevis pilnībā elektroniski. Praktiski norādījumi tika nolasīt no papīra lentes, jo tā ierobežo atmiņas.

Baby bija pirmais pilnībā elektroniski dators palaist saglabātās programmas. Tā faktoringa programma ilga 52 minūtes, 21 1948 jūnijs pēc sākuma un vienkāršu aprēķinu dalot aprēķinus, kas liecina, ka šie divi skaitļi ir coprime.

ENIAC tika pārveidots, lai strādātu par primitīvu datoru tikai lasāms, bet tajā pašā arhitektūru, un ir pierādīts, 16. septembrī, 1948., un uzsākt Adele Goldstein programmas organizēta ar palīdzību von Neumann.

BINAC pavadīja vairākas testa programmas februārī, martā un 1949. gada aprīlī, lai gan tas netika pabeigts līdz 1949.gada septembrim. Turklāt testa braucieni tika veikti (dažas veiksmīgas) citiem datoriem, kas ir raksturīgs arhitektūras. Von Neumann, starp citu, un turpināja darbu pie projekta "Manhattan". Tas ir tik universāls cilvēks.

Attīstība autobusu sistēmas arhitektūra

Caur gadu desmitiem, kas jau 60. un 70. gados, datori kopumā ir kļuvušas mazākas un ātrāk, kā rezultātā evolūcijas, kam veikta datoru arhitektūru von Neumann. Piemēram, displejs ievades un izvades atmiņa ļauj attiecīgās ierīces, datu un instrukcijas par to, kā integrēt sistēmā, kas tiks apstrādāti, paliek atmiņā. Autobusa sistēmu var izmantot, lai nodrošinātu modulāro sistēmu ar mazāku. To dažreiz sauc par "racionalizācija" arhitektūras. Turpmākajos gadu desmitos, dažreiz vienkārši mikrokontrolleri neizmanto dažas funkcijas tipisku modeli, lai samazinātu izmaksas un izmēru. Bet lielie datori sekot izveidota arhitektūru, jo tie ir pievienoti funkcijas, lai uzlabotu sniegumu.