Von Neumann arkitektur: historie for forekomst af udtrykket

Arkitekturen af von Neumann, også kendt som von Neumann model, eller Princeton arkitektur, baseret på det, der er beskrevet i 1945, matematiker og fysiker John von Neumann i rapporten "Det første udkast" af en computer EDVAC metode.

kredsløb arkitektur

Rapporten beskrev von Neumann arkitektur diagram af den elektroniske digitale computer med dele bestående af behandlingsenheder, omfattende:

• en aritmetisk logikenhed;
• registre processoren;
• styreenheden omfatter et ordreregister og programtælleren;
• en hukommelse til lagring af data;
• en ekstern lagerenhed;
• input og output mekanismer.

Betydningen af udviklingen bestod i, at en hvilken som helst information lagret på computeren oplysninger kan bruges af programmet, hvor operationen, de udvalgte data kan ikke afspilles på samme tid, fordi de deler en fælles bus. Det er nævnt i den "første udkast", som beskriver den videnskabsmand tanke om, hvad arkitektur skal være. Von Neumann kaldte denne situation "flaskehals", som ofte begrænser systemets ydelse.

Principperne for von Neumann arkitektur

Digital computer - en computer, lagring af et program, der omfatter programinstruktioner, data læsning, skrivning, og omfatter også random access memory (RAM). Principper for Arkitektur af John von Neumann skitseret i sit værk "Det første projekt." Ifølge ham, computere, der er lagret i programmet hukommelse var en forbedring i forhold til kontrol af computere, såsom ENIAC. Sidstnævnte blev programmeret ved at indstille omskifterne, og indsættelse af plasteret, hvilket resulterer i routing data og styresignaler mellem de forskellige funktionelle blokke. I langt de fleste af hukommelse bruges også af moderne computere på denne måde. Således computer arkitektur von Neumann er anderledes, for eksempel fra Harvard, så den ikke bruger den vigtigste og cache-hukommelsen.

forhistorie

De første computere blev givet et fast program. Nogle meget enkle computere bruger stadig dette design eller for enkelthedens eller uddannelsesformål. For eksempel er en bordregner er også en computer med et fast program. Det kan arbejde med det grundlæggende i matematik, men det kan ikke bruges som et tekstbehandlingsprogram , eller en spillekonsol. Ændring af faste maskine program kræver kabelomlægning, omstrukturering eller omorganisering af apparatet. De tidligste computere var ikke så smalle, da de er blevet udviklet for første gang, og til videnskabelige formål. Omprogrammering optrådte langt senere, og det var en omstændelig proces, da de blokdiagrammer og sedler og slutter detaljeret design. Især vanskeligt var processen med modernisering af de fysiske maskine recovery-kanaler. Det kan tage tre uger installation på ENIAC og forsøger at gøre det arbejde.

En ny idé

Med en computer, lagring af et program i hukommelsen, alt forandret. Lagres i hukommelsen, de er designet med et sæt af instruktioner. Det betyder, at maskinen straks kan få et sæt af instruktioner til at udføre beregningerne.

Udformningen af sådanne programmer vedrører den selv-modificerende kode. En af de første planter til et sådant objekt var behov for en algoritme til at øge eller på anden måde ændre adressen del af kommandoer. Han blev placeret manuelt i begyndelsen af design. Dette blev mindre vigtigt, når indeksregistre og indirekte adressering blev fælles karakteristika besat af computeren arkitektur John von Neumann maskiner. Andre anvendelser - at indsætte ofte brugte data i strømmen af kommandoer med umiddelbare løsninger. Men den selv-modificerende kode i vid udstrækning er blevet kritiseret, fordi det er normalt svært at forstå og debug. Hertil kommer, at han viste sig også at være ineffektive med hensyn til ordninger af moderne processorer reproduktion og caching.

I det store og evnen til at behandle instruktioner som data - det er det, der gør montører, compilere, montører, læssemaskiner og andre instrumenter med mulige genstande af automatiseret programmering. Så at sige, at skrive programmer, der skriver programmer. I mindre målestok, tilbagevendende intense input og output operationer, såsom BitBlt-image manipulationer primitive eller pixel og vertex shaders i moderne 3D-grafik, har vist sig at være ineffektiv til at køre uden brugerens udstyr.

Udvikling af et koncept lagret i programmet hukommelse

Matematiker Alan Turing, der havde en interesse i problemet med matematisk logik efter Max Newman forelæsninger på Cambridge University, skrev en artikel i 1936, den blev offentliggjort i udgaven af London Mathematical Society. I det, beskrev han en hypotetisk maskine, som han kaldte "universel computing maskine", og som nu er kendt som en universel Turing-maskine. Hun havde uendelig lagring (i moderne terminologi - hukommelse), som indeholdt både instruktioner og data, som blev oprettet, og arkitekturen. Von Neumann blev bekendt med Turing på et tidspunkt, hvor han var gæsteprofessor ved Cambridge i 1935, og i løbet af forsvare sin ph.d.-afhandling ved Turing Institute for Advanced Study i Princeton (New Jersey) i 1936-1937.

Uafhængigt Ji Presper Eckert og Dzhon Mochli, som udviklede ENIAC School of Electrical Engineering ved University of Pennsylvania, skrev om konceptet af maskinen, som gemmer programmet i hukommelsen i december 1943. Når man planlægger en ny maskine, den EDVAC, skrev Eckert i januar 1944 det vil gemme data og programmer i den nye enhed adresserbare hukommelse ved hjælp af metallisk kviksølv forsinkelse. Det var første gang er blevet foreslået opførelsen af en praksis maskine, der gemmer programmet i hukommelsen. Samtidig er han og Mauchly var ikke klar over det arbejde, som Turing (billedet nedenfor).

Computer arkitektur: Von Neumann princip

Von Neumann var involveret i "Manhattan Project" på National Laboratory i Los Alamos, som krævede en enorm mængde af beregning. Det tiltrak ham til projektet i sommeren 1944 ENIAC. Der sluttede han drøftelserne om udviklingen EDVAC computer. Inden for denne gruppe, skrev han et papir med titlen "Et første udkast til betænkning om EDVAC», baseret på arbejdet af Eckert og Mauchly. Det var ufærdig, da hans kollega Goldstein distribueret projekt med von Neumann (ved den måde, blev Eckert og Mauchly bedøvet denne nyhed). Dette dokument er blevet læst af snesevis af kolleger von Neumann i Amerika og Europa og havde en dybtgående indvirkning på den næste fase af edb-udvikling.

De grundlæggende principper for von Neumann arkitektur, som fastsat i den "første udkast", vundet bred popularitet, mens Turing dækkede hendes beretning om den elektroniske regnemaskine, som er blevet beskrevet i detaljer i teknik og programmering. Det er blevet sagt og præsentation af forfatterens bil, som blev kaldt den automatiske Computing Engine (ACE). Han præsenterede den for bestyrelsen for British National Physical Laboratory i 1946. Efter et stykke tid blev produceret selv en vellykket gennemførelse af de forskellige ACE designs.

Start projekter

Og projektet med von Neumann og Turing-dokumenter beskriver en computer lagring i hukommelsen et specifikt program, men artiklen Von Neumann opnået større omsætning i samfundet, og computer arkitektur blev kendt som John von Neumann arkitektur.

I 1945, professor Neumann, der arbejdede derefter i den tekniske skole i Philadelphia, hvor han først ENIAC blev bygget, udstedt på vegne af sine kolleger rapporterer om den logiske udformning af digitale computere. Rapporten giver en temmelig detaljeret forslag til opførelse af den maskine, som siden er blevet kendt som den EDVAC. Hun havde først for nylig blevet etableret i USA, men en rapport har inspireret oprettelsen af von Neumann EDSAC.

Maniacs og Joniacs

I 1947 offentliggjorde Burks, Goldstein og von Neumann en anden rapport, som dækkede opførelsen af en anden type bil (denne gang parallelt), som skulle være ekstremt hurtige, stand, måske, til at bære op til 20.000 operationer i sekundet. De bemærkede, at uløste problem i konstruktionen af det var udviklingen af en egnet hukommelse, alle hvis indhold skal være umiddelbart tilgængelige. Først foreslog de at bruge en speciel vakuumrør, kaldet Selectron, som blev opfundet ved Princeton laboratoriet. Sådanne rør er dyre, og gøre dem meget svært, især hvis du bruger denne arkitektur. Von Neumann efterfølgende besluttet at bygge en bil baseret på Williams hukommelse. Denne maskine, som blev afsluttet i juni 1952 på Princeton, er blevet almindeligt kendt maniac (eller bare Maniacs). Dens design er inspireret af skaberne på opførelsen af den halve dusin eller flere lignende anordninger, der er ved at blive bygget i Amerika og kaldte komiske Johniacs.

principper skabelse

En af de mest moderne digitale computere, med Europa-udvikling og forbedring i teknikken med automatisk elektronisk beregning er blevet påvist ved National Physical Laboratory i Teddington, hvor det er designet og bygget af en lille gruppe af matematikere, ingeniører og forskning ingeniører, med hjælp fra en række produktionsanlæg ingeniører fra den engelske Electric Company Ltd. Udstyret er stadig i laboratoriet, men kun som en prototype på en meget større anlæg, der er kendt som den automatiske Computing Engine. Men på trods af den relativt lille vægt og indhold af kun 800 Termioniske ventiler, det er en ekstremt hurtig og alsidig optælling maskine.

Grundlæggende begreber og abstrakte principper beregning arbejdssikkerhed er blevet formuleret af Dr. Turing på grundlag af den samme London Mathematical Society i 1936, men arbejde på sådanne maskiner i Storbritannien er blevet forsinket på grund af krigen. I 1945 undersøgelsen af problemerne med at skabe sådanne anordninger fortsatte på National Physical Laboratory Dr. Vormsli, Superintendent af Institut for Matematik Laboratory. Han sluttede sig til Turing og hans lille hold af eksperter, og til 1947 indledende planlægning var tilstrækkeligt gode til at retfærdiggøre oprettelsen af en særlig gruppe.

De første computere på von Neumann arkitektur

Det første projekt beskriver en ordning, der er blevet brugt af mange universiteter og virksomheder til at bygge deres egne computere. Blandt dem, kun illiac ORDVAC og har kompatible instruktionssæt.

Klassisk von Neumann arkitektur blev legemliggjort i Manchester lille eksperimentel maskine (SSEM), med tilnavnet Baby ved University of Manchester, som gjorde sin første vellykkede lancering af den enhed, der holder programmet hukommelse, den 21. juni 1948.

EDSAC University of Cambridge, den første praktiske elektroniske computer af denne art, blev lanceret med succes første gang i maj 1949.

Udviklingen af de oprettede modeller

IBM SSEC haft lejlighed til at overveje de instruktioner som data blev offentligt demonstreret 27 januar 1948. Denne evne bekræftes i US pat. Men det var delvist elektromekanisk maskine, snarere end en fuldt elektronisk. I praksis blev vejledningen læses fra papir tape på grund af sin begrænsede hukommelse.

Baby var den første fuldt elektroniske computer til at køre de gemte programmer. Det factoring program kørte i 52 minutter, den 21. juni 1948 efter start og en simpel beregning dividere beregning, der viser, at de to tal er indbyrdes primiske.

ENIAC blev modificeret til at arbejde som en primitiv computer til read-only, men på den samme arkitektur, og er blevet påvist i september 16, 1948 og lanceringen af Adele Goldstein tilrettelagt med hjælp fra von Neumann.

BINAC tilbragt flere testprogrammer i februar, marts og april 1949, selv om det ikke blev afsluttet til september 1949. Desuden blev testkørsler udført (nogle vellykkede) andre elektroniske computere, hvilket er karakteristisk for arkitekturen. Von Neumann, ved den måde, og fortsatte med at arbejde på "Manhattan" projekt. Det er sådan en alsidig mand.

Udviklingen i bussystemet arkitektur

Gennem årtier, allerede i 60'erne og 70'erne, computere generelt er blevet mindre og hurtigere, hvilket resulterer i en udvikling, der har gennemgået computeren arkitektur von Neumann. For eksempel visningen af input og output hukommelse kan de respektive enheder, data og instruktioner om, hvordan at integrere i systemet, der vil blive behandlet, forbliver i hukommelsen. Et bussystem kan anvendes til at tilvejebringe et modulsystem med mindre. Dette kaldes den "rationalisering" af arkitektur. I de efterfølgende årtier, undertiden simple mikrocontrollere ikke bruge visse funktioner på en typisk model for at reducere omkostningerne og størrelse. Men store computere følger den etablerede arkitektur, som de har tilføjet funktioner for at forbedre ydeevnen.