Von Neumann architectuur: de geschiedenis van het optreden van de term

De architectuur van von Neumann, ook wel bekend als de Von Neumann-model, of Princeton architectuur, op basis van de in 1945, wiskundige en natuurkundige John von Neumann beschreven in het rapport "Het eerste ontwerp" van een computer EDVAC methode.

De circuitarchitectuur

Het rapport beschreef de Von Neumann architectuurdiagram van de elektronische digitale computer met delen uit verwerkingseenheden, omvattende:

• een rekenkundige logische eenheid;
• registers van de processor;
• de besturingseenheid omvat een instructieregister en programmateller;
• een geheugen voor het opslaan van data;
• een extern opslagapparaat;
• input en output mechanismen.

De betekenis van de ontwikkeling bestaat in het feit dat alle informatie die is opgeslagen op de computer informatie kan worden gebruikt door het programma, waarin de werking van de geselecteerde gegevens niet kan worden op hetzelfde moment gespeeld, omdat ze een gemeenschappelijke bus te delen. Het wordt vermeld in de "eerste ontwerp", die de wetenschapper denken over wat architectuur zou moeten zijn beschreven. Von Neumann noemde deze situatie "bottleneck", die vaak de prestaties van het systeem beperkt.

De principes van von Neumann architectuur

Digitale computer - een computer, het opslaan van een programma dat programma-instructies, gegevens lezen, schrijven bevat, en omvat ook random access memory (RAM). Principes van architectuur bij John von Neumann geschetst in zijn werk "Het eerste project." Volgens hem, computers opgeslagen in het programma geheugen waren een verbetering ten opzichte van de controle van computers, zoals ENIAC. Laatstgenoemde werd geprogrammeerd door de schakelaars, en insertie van de pleister, waardoor het routeren van data en besturingssignalen tussen de verschillende functionele blokken. In het overgrote deel van het geheugen wordt ook gebruikt door moderne computers op deze manier. Aldus computerarchitectuur Von Neumann verschilt bijvoorbeeld van Harvard, zodat zij de hoofd- en cachegeheugen wordt gebruikt.

prehistorie

De eerste computers werden een vast programma gegeven. Enkele zeer eenvoudige computers nog steeds gebruik dit ontwerp of voor de eenvoud of trainingsdoeleinden. Bijvoorbeeld, een rekenmachine is ook een computer met een vast programma. Het kan werken met de basisprincipes van wiskunde, maar het kan niet worden gebruikt als een tekstverwerker , of een spelconsole. Veranderen van de vaste machineprogramma vereist herbedrading, of reorganisatie van de inrichting. De eerste computers waren niet zo smal, zoals die zijn ontwikkeld voor de eerste keer en voor wetenschappelijke doeleinden. Herprogrammering verscheen veel later en het was een moeizaam proces, aangezien het blok diagrammen en bankbiljetten en eindigend gedetailleerde ontwerpen. Bijzonder moeilijk was het proces van modernisering van de fysieke machine herstel kanalen. Het kan drie weken installatie nemen ENIAC en proberen om het te laten werken.

Een nieuw idee

Met een computer, het opslaan van een programma in het geheugen, veranderde alles. Opgeslagen in het geheugen, ze zijn ontwerp met een reeks instructies. Dit betekent dat de machine meteen aan een reeks instructies de berekeningen uit te voeren.

Het ontwerp van dergelijke programma betreft de zelf-modificerende code. Een van de eerste planten voor een dergelijk object was behoefte aan een algoritme te verhogen of anderszins te wijzigen het adres deel van de commando's. Hij werd met de hand in vroege ontwerpen geplaatst. Dit werd minder belangrijk wanneer indexregisters en indirecte adressering werd gemeenschappelijke kenmerken bezeten door de computer architectuur van John von Neumann machines. Andere toepassingen - om veelgebruikte gegevens in te voegen in de stroom van opdrachten met onmiddellijke oplossingen. Maar de zelf-wijziging van code voor een groot deel is bekritiseerd omdat het meestal moeilijk te begrijpen en te debuggen. Daarnaast bleek hij ook effectief in termen van voortplanting en caching schema's van moderne processoren te zijn.

In grote lijnen, de mogelijkheid om instructies te behandelen als data - dit is wat compilers, monteurs, laders en andere instrumenten maakt met mogelijke objecten van geautomatiseerde programmering. Zo te zeggen, aan programma's die programma's te schrijven schrijven. Op kleinere schaal, terugkerende intense input en output operaties, zoals BitBlt-beeldbewerkingen primitieve of pixel en vertex shaders in moderne 3D-graphics, zijn gevonden niet effectief uit te voeren zonder dat de gebruiker apparatuur te zijn.

Ontwikkeling van een concept opgeslagen in het programma geheugen

Wiskundige Alan Turing, die belang hebben bij het probleem van de wiskundige logica na de colleges Max Newman's aan de Universiteit van Cambridge had, schreef een artikel in 1936, werd in de editie van de London Mathematical Society gepubliceerd. Hierin beschrijft hij een hypothetische machine die hij "universele rekenmachine", en die nu bekend staat als een universele Turing machine. Ze had oneindige opslag (in de moderne terminologie - geheugen), die zowel instructies en gegevens, die werd opgericht en de architectuur bevatte. Von Neumann maakte kennis met Turing op een moment dat hij een visiting professor aan Cambridge in 1935, en in de loop van de verdediging van zijn proefschrift aan de Turing Institute for Advanced Study in Princeton (New Jersey) in 1936-1937.

Onafhankelijk Ji Presper Eckert en Dzhon Mochli, die ENIAC School of Electrical Engineering ontwikkeld aan de Universiteit van Pennsylvania, schreef over het concept van de machine, waardoor het programma in het geheugen in december 1943 opgeslagen. Bij het plannen van een nieuwe machine, de EDVAC, Eckert schreef in januari 1944 dat zij de gegevens en programma's in het nieuwe apparaat adresseerbare geheugen op te slaan met behulp van metallisch kwik vertraging. Het was de eerste keer dat de constructie van een oefenmachine dat het programma in het geheugen opgeslagen zijn voorgesteld. Op hetzelfde moment, hij en Mauchly waren niet op de hoogte van het werk van de Turing (hieronder afgebeeld).

Computer architectuur: principe Von Neumann

Von Neumann was betrokken bij het "Manhattan Project" bij het National Laboratory in Los Alamos, die een enorme hoeveelheid rekentijd nodig is. Het trok hem naar het project in de zomer van 1944 ENIAC. Er trad hij toe tot de discussie over de ontwikkeling EDVAC computer. Binnen deze groep, schreef hij een paper getiteld "Een eerste ontwerp-verslag over de EDVAC», gebaseerd op het werk van Eckert en Mauchly. Het was onvoltooid toen zijn collega Goldstein gedistribueerd project met von Neumann (door de manier, Eckert en Mauchly waren verbijsterd dit nieuws). Dit document is gelezen door tientallen collega's von Neumann in Amerika en Europa en had een grote invloed op de volgende fase van de computer ontwikkeling.

De basisprincipes van von Neumann architectuur, zoals uiteengezet in de "eerste ontwerp," verkreeg grote populariteit, terwijl Turing bedekte haar verslag over de elektronische rekenmachine, die in detail is beschreven in de engineering en programmering. Het is verklaard en de presentatie van de auto van de auteur, die de Automatic Computing Engine (ACE) werd genoemd. Hij presenteerde het aan het uitvoerend comité van de British National Physical Laboratory in 1946. Na een tijdje zelfs de succesvolle implementatie van de verschillende ACE-ontwerpen werden geproduceerd.

start projecten

En het project van de von Neumann en Turing documenten beschrijft een computer opslaan in het geheugen van een specifiek programma, maar het artikel Von Neumann bereikt grotere circulatie in de samenleving, en de computer architectuur werd bekend als John von Neumann architectuur.

In 1945, professor Neumann, die toen werkte in de technische school in Philadelphia, waar hij eerst ENIAC werd gebouwd, afgegeven namens zijn collega's verslag over het logische ontwerp van digitale computers. Het rapport geeft een vrij gedetailleerd voorstel voor de bouw van de machine, die sindsdien bekend staat als de EDVAC is geworden. Ze was pas onlangs opgericht in Amerika, maar een rapport heeft de oprichting van de von Neumann EDSAC geïnspireerd.

Maniacs en Joniacs

In 1947, Burks, Goldstein en von Neumann publiceerde een ander rapport dat de bouw van een ander type auto (dit keer parallel), die verondersteld werd zeer snel, in staat, misschien te zijn bedekt, om tot 20.000 bewerkingen per seconde. Zij merkten op dat het onopgelost probleem bij de constructie ervan was het ontwikkelen van een geschikt geheugen, alle inhoud die direct beschikbaar zijn. Eerst stelden ze een speciale vacuümbuis, genaamd Selectron, die werd uitgevonden Princeton laboratoriumgebruik. Dergelijke buizen zijn duur, en maken ze erg moeilijk, vooral als u gebruik maakt van deze architectuur. Von Neumann besloot vervolgens om een auto op basis van het geheugen Williams bouwen. Deze machine, die in juni 1952 werd voltooid aan Princeton, is uitgegroeid tot alom bekend MANIAC (of gewoon Maniacs). Het ontwerp is geïnspireerd door de makers over de bouw van het half dozijn of meer vergelijkbare apparaten, die nu worden gebouwd in Amerika, en heeft komische Johniacs.

scheppingsprincipes

Een van de meest moderne digitale computers, belichaamt de ontwikkeling en verbetering van de techniek van de automatische elektronische berekening is aangetoond bij het National Physical Laboratory in Teddington, waar het werd ontworpen en gebouwd door een kleine groep van wiskundigen, ingenieurs en onderzoek ingenieurs, met de hulp van een aantal productie-ingenieurs van de Engels Electric Company Ltd. De apparatuur is nog steeds in het laboratorium, maar alleen als een prototype van een veel grotere plant, die bekend staat als de Automatic Computing Engine. Maar, ondanks de relatief geringe gewicht en de inhoud van slechts 800 radiobuizen, het is een uiterst snelle en veelzijdige telmachine.

Basisconcepten en abstracte principes berekening gebruik van machines zijn geformuleerd door Dr. Turing op basis van dezelfde London Mathematical Society in 1936, maar werken op dergelijke machines in het Verenigd Koninkrijk is vertraagd door de oorlog. In 1945, het onderzoek naar de problemen van het creëren van dergelijke apparaten voortgezet bij het National Physical Laboratory Dr. Vormsli, hoofdinspecteur van het departement Wiskunde Laboratory. Hij werd lid van de Turing en zijn klein team van experts, en de 1947 voorlopige planning was genoeg gevorderd tot de oprichting van een speciale groep te rechtvaardigen.

De eerste computers op de von Neumann architectuur

Het eerste project beschrijft een schema dat door vele universiteiten en bedrijven heeft gebruikt om hun eigen computers te bouwen. Onder hen, alleen ILLIAC ORDVAC en hebben compatibele instructiesets.

Klassieke von Neumann architectuur werd belichaamd in Manchester kleine experimentele machine (SSEM), bijgenaamd de baby aan de Universiteit van Manchester, die zijn eerste succesvolle lancering van het apparaat dat het programma geheugen, 21 juni 1948 heeft gemaakt.

EDSAC University of Cambridge, de eerste praktische elektronische computer van dit type, werd met succes gelanceerd voor het eerst mei 1949.

De ontwikkeling van de gemaakte modellen

IBM SSEC de gelegenheid gehad om de instructies als data te overwegen en werd publiekelijk gedemonstreerd 27 januari 1948. Dit vermogen wordt bevestigd in het Amerikaanse octrooi. Het was echter gedeeltelijk elektromechanische machine, in plaats van een volledig elektronisch. In de praktijk werden de instructies te lezen van papieren rompslomp vanwege zijn beperkte geheugen.

De baby was het eerste volledig elektronische computer om de opgeslagen programma's te draaien. Het factoring programma liep 52 minuten, 21 juni 1948 na het starten en een eenvoudige berekening verdelen van de berekening waaruit blijkt dat de twee nummers zijn relatief priem.

ENIAC werd aangepast om te werken als een primitieve computer voor alleen-lezen, maar op dezelfde architectuur, en is aangetoond door 16 september 1948, en de lancering van Adele Goldstein programma georganiseerd met de hulp van von Neumann.

BINAC bracht enkele testprogramma's in februari, maart en april 1949, hoewel het niet werd voltooid in september 1949. Daarnaast werden tests (aantal succesvolle) andere elektronische computers, die kenmerkend is voor de architectuur uitgevoerd. Von Neumann, door de manier, en verder gewerkt aan het project "Manhattan". Dat is zo'n veelzijdige man.

Evolutie van het bussysteem architectuur

Door de decennia, al in de jaren '60 en '70, computers in het algemeen zijn kleiner geworden en sneller, wat resulteert in een evolutie die de computer architectuur von Neumann heeft ondergaan. Bijvoorbeeld, de weergave van de input en output geheugen kunnen de respectieve inrichtingen, gegevens en instructies te integreren in het systeem dat wordt verwerkt, in het geheugen blijven. Een bussysteem kan worden gebruikt om een modulair systeem met kleinere. Dit wordt ook wel de "rationalisatie" van de architectuur. In de daaropvolgende decennia, soms eenvoudige microcontrollers niet een aantal kenmerken van een typische model te gebruiken om de kosten en de te verkleinen. Maar grote computers volgen de gevestigde architectuur, omdat ze functies zijn toegevoegd om de prestaties te verbeteren.