Von Neumann-arkitektur: historie av forekomst av uttrykket

Arkitekturen av von Neumann, også kjent som den von Neumann-modellen, eller Princeton arkitektur, basert på fremgangsmåten som er beskrevet i 1945, matematiker og fysiker John von Neumann i rapporten "den første utkast" i en datamaskin edvac.

Kretsen arkitektur

Rapporten beskriver von Neumann arkitekturskjema for det elektroniske digital datamaskin med deler bestående av prosesseringsenheter, omfattende:

• en aritmetisk logisk enhet;
• registre i prosessoren;
• styreenheten omfatter et instruksjonsregister og programtelleren;
• et minne for å lagre data;
• en ekstern lagringsanordning;
• inngangs- og utgangs mekanismer.

Betydningen av utviklingen bestod i at all informasjon som er lagret på datamaskinen informasjonen kan brukes av programmet, der operasjonen, de valgte dataene kan ikke spilles av på samme tid, fordi de deler en felles buss. Det er nevnt i "første utkast", som beskriver forskeren tanke om hva arkitektur skal være. Von Neumann heter denne situasjonen "flaskehals", som ofte begrenser ytelsen til systemet.

Prinsippene for von Neumann arkitektur

Digital datamaskin - en datamaskin, lagring av et program som omfatter programinstruksjoner, data lesing, skriving, og omfatter også Random Access Memory (RAM). Principles of Architecture by John von Neumann skissert i sitt verk "Det første prosjektet." Ifølge ham, datamaskiner er lagret i programminnet var en forbedring over kontrollen av datamaskiner, som ENIAC. Sistnevnte ble programmert ved å innstille brytere, og innsetting av plasteret, noe som resulterer i ruting av data- og styresignaler mellom de forskjellige funksjonsblokker. I de aller fleste av minnet brukes også av moderne datamaskiner på denne måten. Dermed datamaskinarkitektur von Neumann er forskjellig, for eksempel fra Harvard, slik at den ikke bruker hoved og bufferminnet.

forhistorie

De første datamaskinene ble gitt et fast program. Noen svært enkle datamaskiner fortsatt bruke denne design eller for enkelhet eller opplæringsformål. For eksempel, er en stasjonær kalkulator også en datamaskin med et fast program. Det kan fungere med det grunnleggende matematikk, men det kan ikke brukes som en tekstbehandler , eller en spillkonsoll. Endring av faste maskinprogrammet krever omkobling, omstilling eller omorganisering av apparatet. De tidligste datamaskinene var ikke så smal, så de har blitt utviklet for første gang og for vitenskapelige formål. Omprogrammering dukket opp mye senere, og det var en møysommelig prosess, siden blokkdiagrammer og sedler og slutter detaljert design. Spesielt vanskelig var ferd med å moderniseringen av de fysiske maskin gjenopprettings kanaler. Det kan ta tre uker installasjon på ENIAC og prøver å gjøre det arbeidet.

En ny idé

Med en datamaskin, lagre et program i minnet, alt forandret. Lagret i minnet, de er design med et sett med instruksjoner. Dette betyr at maskinen kan umiddelbart få et sett med instruksjoner for å utføre beregningene.

Utformingen av slike programmer er relatert til den selvmodifiserende kode. En av de første plantene for en slik gjenstand var et behov for en algoritme for å øke eller på annen måte endre adressedelen av kommandoer. Han ble plassert manuelt i tidlige design. Dette ble mindre viktig når indeksregistre og indirekte adressering ble felles kjennetegn besatt av datamaskinen arkitektur John von Neumann maskiner. Andre anvendelser - for å sette inn ofte brukte data i strømmen av kommandoer med umiddelbare løsninger. Men den selv endre koden i stor grad har blitt kritisert fordi det vanligvis er vanskelig å forstå og feilsøke. I tillegg har han også vist seg å være ineffektive når det gjelder reproduksjon og caching ordninger av moderne prosessorer.

Av og store, evnen til å behandle instruksjoner som data - dette er hva som gjør montører, kompilatorer, montører, hjullastere og andre instrumenter med mulige gjenstander av automatiserte programmering. Så å si, å skrive programmer som skriver programmer. På en mindre skala, gjentakende intense inngangs- og utgangs operasjoner, for eksempel BitBlt-bildemanipule primitive eller pixel og vertex shaders i moderne 3D-grafikk, har vist seg å være ineffektivt å kjøre uten brukerutstyr.

Utvikling av et konsept som er lagret i programminnet

Matematikeren Alan Turing, som hadde en interesse i problemet med matematisk logikk etter Max Newman foredrag ved Cambridge University, skrev en artikkel i 1936, den ble publisert i utgaven av London Mathematical Society. I det, beskrev han en hypotetisk maskin, som han kalte "universal regnemaskin", og som nå er kjent som en universell Turing maskin. Hun hadde uendelig lagringsplass (i moderne terminologi - minne), som inneholdt både instruksjoner og data, som ble opprettet og arkitekturen. Von Neumann ble kjent med Turing på et tidspunkt da han var en professor ved Cambridge i 1935, og i løpet av å forsvare sin doktoravhandling ved Turing Institute for Advanced Study i Princeton (New Jersey) i 1936-1937.

Uavhengig Ji Presper Eckert og Dzhon Mochli, som utviklet ENIAC School of Electrical Engineering ved University of Pennsylvania, skrev om konseptet av maskinen, som lagrer programmet i minnet i desember 1943. Når du planlegger en ny maskin, edvac, Eckert skrev i januar 1944 at det vil lagre dataene og programmene i den nye enheten adresserbart minne ved hjelp av metallisk kvikksølv forsinkelse. Det var første gang byggingen av en praksis maskin som lagrer programmet i minnet har blitt foreslått. Samtidig var han og Mauchly ikke klar over arbeidet til Turing (bildet under).

Datamaskinarkitektur: Von Neumann prinsippet

Von Neumann var involvert i "Manhattan Project" ved National Laboratory i Los Alamos, som krevde en enorm mengde beregning. Det tiltrakk ham til prosjektet sommeren 1944 ENIAC. Det han sluttet seg til diskusjoner om utviklingen edvac datamaskinen. Innenfor denne gruppen, skrev han en artikkel med tittelen "Et første utkast til rapport på edvac», basert på arbeidet til Eckert og Mauchly. Det var uferdig da hans kollega Goldstein distribuert prosjekt med von Neumann (forresten, ble Eckert og Mauchly stunned denne nyheten). Dette dokumentet har blitt lest av mange kolleger von Neumann i Amerika og Europa, og hadde en stor innflytelse på den neste fasen av datamaskinen utvikling.

De grunnleggende prinsippene for von Neumann-arkitektur, som beskrevet i "første utkast," oppnådd stor popularitet, mens Turing dekket hennes rapport om elektronisk kalkulator, som har blitt beskrevet i detalj i prosjektering og programmering. Det har blitt sagt og presentasjon av forfatterens bilen, som ble kalt Automatic Computing Engine (ACE). Han presenterte det til styret i British National Physical Laboratory i 1946. Etter en stund enda en vellykket gjennomføring av de ulike ACE-design ble produsert.

starte prosjekter

Og prosjektet av von Neumann og Turing dokumenter beskriver en datamaskin lagre i minnet et bestemt program, men artikkelen Von Neumann oppnådd større sirkulasjon i samfunnet, og datamaskinarkitektur ble kjent som John von Neumann-arkitektur.

I 1945, professor Neumann, som da jobbet i ingeniørskole i Philadelphia, der han først ENIAC ble bygget, utstedt på vegne av sine kolleger rapportere om den logiske utformingen av digitale datamaskiner. Rapporten gir en ganske detaljert forslag for bygging av maskinen, som siden er blitt kjent som edvac. Hun hadde nylig blitt etablert i Amerika, men en rapport har inspirert etableringen av von Neumann EDSAC.

Maniacs og Joniacs

I 1947 Burks, Goldstein og von Neumann publisert en ny rapport som dekket bygging av en annen type bil (denne gangen parallell), som var ment å være ekstremt rask, stand, kanskje, å bære opptil 20.000 operasjoner per sekund. De bemerket at uløst problem i konstruksjonen av det var utviklingen av en passende minne, alt innholdet som må være umiddelbart tilgjengelig. For det første foreslås de å bruke en spesiell vakuum rør, kalt Selectron, som ble oppfunnet ved Princeton laboratoriet. Slike rør er dyrt, og gjør dem svært vanskelig, spesielt hvis du bruker denne arkitekturen. Von Neumann deretter bestemte seg for å bygge en bil basert på Williams minne. Denne maskinen, som ble ferdigstilt i juni 1952 ved Princeton, har blitt viden kjent MANIAC (eller bare Maniacs). Designen er inspirert av skaperne på bygging av halvt dusin eller flere lignende enheter, som nå bygges i Amerika og kalles komiske Johniacs.

oppretting prinsipper

En av de mest moderne digitale datamaskiner, kroppsliggjøre utvikling og forbedring i teknikken for automatisk elektronisk beregning har blitt demonstrert ved National Physical Laboratory i Teddington, hvor det ble designet og bygget av en liten gruppe matematikere, ingeniører og forskning ingeniører, med hjelp av en rekke produksjonsingeniører fra den engelske Electric Company Ltd. Utstyret er fortsatt i laboratoriet, men bare som en prototype av en mye større anlegg, som er kjent som den automatiske Computing Engine. Men, til tross for relativt liten vekt og innhold av bare 800 thermionic ventiler, er det en ekstremt rask og allsidig tellemaskin.

Grunnleggende begreper og abstrakte prinsipper beregning ved hjelp av maskiner har blitt formulert av Dr. Turing på grunnlag av samme London Mathematical Society i 1936, men arbeide med slike maskiner i Storbritannia har blitt forsinket av krigen. I 1945, undersøkelse av problemene med å skape slike enheter fortsatt ved National Physical Laboratory Dr. Vormsli, leder av Institutt for matematikk Laboratory. Han sluttet seg til Turing og hans lille team av eksperter, og til 1947 foreløpige planleggingen var tilstrekkelig avansert til å rettferdiggjøre opprettelsen av en spesiell gruppe.

De første datamaskinene på von Neumann-arkitektur

Det første prosjektet beskriver en ordning som har blitt brukt av mange universiteter og bedrifter til å bygge sine egne datamaskiner. Blant dem, bare illiac ORDVAC og har kompatible instruksjonssett.

Klassisk von Neumann-arkitektur ble nedfelt i Manchester lite eksperimentell maskin (SSEM), med kallenavnet baby ved University of Manchester, som gjorde sin første vellykkede lanseringen av enheten som holder programminne, 21 juni 1948.

EDSAC University of Cambridge, den første praktiske elektroniske datamaskinen av denne typen, ble lansert med suksess første gang mai 1949.

Utviklingen av de opprettede modeller

IBM SSEC hadde anledning til å vurdere instruksjonene som data, og ble offentlig demonstrert den 27 januar 1948. Denne evnen er bekreftet i US Pat. Men det var delvis elektro maskin, snarere enn en fullstendig elektronisk. I praksis ble instruksjonene lese fra papir tape på grunn av sin begrensede minnet.

Babyen var den første helelektroniske datamaskinen til å kjøre de lagrede programmene. Det facto program kjørte i 52 minutter, 21 juni 1948 etter start, og et enkelt regnestykke å dele beregning som viser at de to tallene er coprime.

ENIAC ble modifisert til å fungere som en primitiv data for skrivebeskyttet, men på samme arkitektur, og har blitt demonstrert av den 16 september 1948, og lanseringen av Adele Goldstein program organisert med hjelp av von Neumann.

BINAC tilbrakte flere testprogrammer i februar, mars og april 1949, selv om det ikke ble ferdig før september 1949. I tillegg ble testkjøringer utført (noen vellykkede) andre elektroniske datamaskiner, som er karakteristisk for den arkitektur. Von Neumann, forresten, og fortsatte å jobbe på "Manhattan" -prosjektet. Det er en så allsidig mann.

Utviklingen av buss-system-arkitektur

Gjennom flere tiår, allerede på 60-tallet og 70-tallet, datamaskiner generelt har blitt mindre og raskere, noe som resulterer i en evolusjon som har gjennomgått dataarkitektur von Neumann. For eksempel, visning av inngangs- og utgangshukommelsen tillater de respektive enheter, data og instruksjoner om hvordan å integrere inn i systemet som skal behandles, forblir i minnet. En buss-system kan brukes til å tilveiebringe et modulært system med mindre. Dette er noen ganger kalt "rasjonalisering" arkitektur. I påfølgende tiår, noen ganger enkle mikrokontrollere ikke bruke noen av funksjonene i en typisk modell for å redusere kostnadene og størrelse. Men store datamaskiner følge den etablerte arkitektur, som de har lagt til funksjoner for å forbedre ytelsen.