Von Neumannin arkkitehtuuri: historia termin esiintymän

Arkkitehtuuri von Neumann, joka tunnetaan myös von Neumann mallia, tai Princeton rakenne perustuu kuvatun menetelmän 1945, matemaatikko ja fyysikko John von Neumann raportissa "Ensimmäinen luonnos" tietokoneen EDVAC.

Piiri arkkitehtuuri

Raportissa kuvataan von Neumann arkkitehtuuri kaavio elektroninen digitaalinen tietokone, jossa on osia, joka koostuu käsittely-yksiköistä, joka käsittää:

• aritmeettisloogisen yksikön;
• rekistereihin prosessorin;
• ohjausyksikkö, joka käsittää käskyrekisteriä ja ohjelman laskuri;
• muistin datan tallentamista varten;
• ulkoinen tallennusväline;
• tulo ja lähtö mekanismeja.

Merkityksen kehitys on ollut se, että kaikki tallennetut tiedot tietokoneen tietoja voidaan käyttää ohjelman, jossa toiminta, valittu data ei voi toistaa samanaikaisesti, koska niillä on yhteinen linja. Se mainitaan "ensimmäinen luonnos", joka kuvaa tiedemies ajatellut mitä arkkitehtuurin tulisi olla. Von Neumann kutsui tätä tilannetta "pullonkaula", joka usein rajoittaa järjestelmän suorituskykyä.

Periaatteita von Neumann arkkitehtuuri

Digitaalisen tietokoneen - tietokone, johon on tallennettu ohjelma, joka käsittää ohjelmakäskyjä, tietojen lukeminen, kirjoittaminen, ja sisältää myös hajasaantimuisti (RAM). Periaatteita Arkkitehtuuri John von Neumann esitteli teoksessaan "Ensimmäinen projekti." Hänen mukaansa tietokoneet tallennettu ohjelmamuistiin olivat parannus ohjaus tietokoneita, kuten ENIAC. Viimeksi mainittu oli ohjelmoitu asettamalla kytkimet, ja insertoimalla laastari, jolloin reitityksen datan ja ohjaussignaalien eri toiminnallisten lohkojen. Valtaosassa muistia käytetään myös nykyaikaiset tietokoneet tällä tavalla. Siten tietokone arkkitehtuuri von Neumann on erilainen, esimerkiksi, Harvard, niin että se ei käytä tärkein ja välimuistiin.

esihistoria

Ensimmäisessä tietokoneet annettiin kiinteää ohjelmaa. Joitakin hyvin yksinkertaisia tietokoneet silti käyttää tätä mallia tai yksinkertaisuuden tai koulutusta varten. Esimerkiksi pöytälaskimeksi on myös tietokone, jossa on kiinteä ohjelma. Se voi toimia perusasiat matematiikan, mutta sitä ei voi käyttää tekstinkäsittely , tai pelikonsoli. Muuttamalla kiinteän koneen ohjelma vaatii uudelleenjohdotuksena, saneerausohjelman tai laitteen. Varhaisimmat tietokoneet eivät olleet niin kapea, koska ne on kehitetty ensimmäistä kertaa ja tieteellisiin tarkoituksiin. Uudelleenohjelmointi ilmestyi paljon myöhemmin, ja se oli työlästä, koska lohkokaaviot ja setelien ja päättyy yksityiskohtaisia malleja. Erityisen vaikea on prosessi modernisointi fyysisessä koneessa elpyminen kanavia. Saattaa kolmeksi viikok- asennus ENIAC ja yrittää saada se toimimaan.

Uusi idea

Tietokoneen, jossa säilytetään ohjelmaa muistiin, kaikki muuttui. Tallennettu muistiin, ne ovat muotoilu joukko ohjeita. Tämä tarkoittaa sitä, että laite voi saada välittömästi joukko ohjeita suorittamaan laskelmia.

Suunnittelun Tällaisten ohjelmien liittyy itseään muuttavaa koodia. Yksi ensimmäisistä kasvien tällaisen tarkoituksena oli tarpeen algoritmin lisäämiseksi tai muuten muuttaa osoitetta osa komentoja. Hänet laitettiin käsin alussa malleja. Tämä tuli vähemmän tärkeää indeksirekistereiden ja epäsuorat osoitusta yleistyi ominaisuudet hallussa tietokonearkkitehtuurin John von Neumann koneita. Muut käyttötarkoitukset - lisätä usein käytetty data virta komentojen välittömiä ratkaisuja. Mutta itseään muuttavaa koodia pitkälti on kritisoitu, koska se on yleensä vaikea ymmärtää ja debug. Lisäksi hän myös osoittautunut tehottomaksi suhteen lisääntymisen ja välimuistin järjestelmien modernin prosessorit.

Yleisesti, kyky hoitaa ohjeita tiedot - tämä on mitä tekee kokoajat, kääntäjät, kokoajat, kuormaajat ja muita välineitä, joilla mahdolliset esineet automaattisen ohjelmoinnin. Niin sanotusti, kirjoittaa ohjelmia, jotka kirjoittaa ohjelmia. Pienemmässä mittakaavassa, toistuva voimakas tulon ja lähdön toiminnan, kuten bitblt-kuvan muokkaukset primitiivinen tai pikseli ja Vertex shadereita modernin 3D-kuvia, on havaittu olevan tehottomia suorittaa ilman käyttäjän laitteet.

Käsitteen kehittäminen tallennetun ohjelman muistiin

Matemaatikko Alan Turing, joka oli kiinnostunut ongelma matemaattisen logiikan jälkeen Max Newmanin luentoja Cambridgen yliopiston kirjoitti artikkelin vuonna 1936, se julkaistiin painos, Lontoo Mathematical Society. Siinä hän kuvaili hypoteettisen koneen, jota hän kutsui "universaali computing kone", ja joka tunnetaan nyt universaali Turingin kone. Hän oli ääretön varastointia (moderni terminologia - muisti), joka sisälsi sekä ohjeet ja data, joka on luotu ja arkkitehtuuri. Von Neumann tutustui Turingin samaan aikaan, kun hän oli vierailevana professorina Cambridgen vuonna 1935, ja sen aikana on puolustaa väitöskirjaansa klo Turingin Institute for Advanced Study Princeton (New Jersey) vuonna 1936-1937.

Itsenäisesti Ji Presper Eckert ja Dzhon Mochli, joka on kehittänyt ENIAC Sähkötekniikan yliopistossa Pennsylvaniassa, kirjoitti käsite koneen, joka tallentaa ohjelman muistiin joulukuussa 1943. Kun suunnittelee uutta kone, EDVAC, Eckert kirjoitti Tammikuulta 1944, että se tallentaa tiedot ja ohjelmat uudessa laitteessa osoitettavan muistin avulla metallisen elohopean viivettä. Se oli ensimmäinen kerta rakentamisen käytäntö kone, joka tallentaa ohjelman muistiin on ehdotettu. Samalla hän ja Mauchlyn eivät tienneet työtä Turing (kuvassa alla).

Tietokoneen arkkitehtuuri: Von Neumann periaate

Von Neumann oli mukana "Manhattan Project" kansallisessa laboratoriossa Los Alamos, joka vaati valtavasti laskentaa. Se houkutteli hänet hankkeen kesällä 1944 ENIAC. Siellä hän liittyi keskusteluja kehittämisestä EDVAC tietokone. Tässä ryhmässä hän kirjoitti asiakirjan "Ensimmäinen luonnos raportti EDVAC», joka perustuu työhön Eckert ja Mauchlyn. Se oli kesken, kun hänen kollegansa Goldstein jaetaan hankkeeseen von Neumann (muuten, Eckert ja Mauchlyn oli järkyttynyt tämän uutisen). Tämä asiakirja on lukenut kymmeniä kollegoiden von Neumann Amerikassa ja Euroopassa, ja sillä oli syvällinen vaikutus seuraavassa vaiheessa tietokoneen kehitystä.

Perusperiaatteet von Neumann arkkitehtuuri, jotka on esitetty "ensimmäinen luonnos" saavuttanut laajan suosion, kun taas Turing peitti mietinnön elektroninen laskin, jota on kuvattu yksityiskohtaisesti tekniikan ja ohjelmointi. On esitetty ja esittäminen tekijän auto, jota kutsuttiin Automatic Computing Engine (ACE). Hän esitteli sen toimeenpanevan komitean British National Physical Laboratory vuonna 1946. Hetken kuluttua myös onnistunut toteuttaminen eri ACE malleja tuotettiin.

Aloita hankkeet

Ja hanke von Neumann ja Turingin asiakirjoja tarkoittaa tietokonetta tallentamalla muistiin tietyn ohjelman, mutta artikkelissa Von Neumann saavutetaan suurempi liikkeeseen yhteiskunnassa, ja tietokonearkkitehtuurin tuli tunnetuksi John von Neumann arkkitehtuuri.

Vuonna 1945, professori Neumannin, joka sitten työskenteli insinööritieteiden koulu Philadelphiassa, jossa hän ensin ENIAC rakennettiin, puolesta annetut hänen kollegansa raportoivat looginen suunnittelu digitaalisia tietokoneita. Raportti antaa melko yksityiskohtainen ehdotus rakentamisen koneen, josta on sittemmin tullut tunnetuksi EDVAC. Hän oli vasta hiljattain perustettu Amerikassa, mutta raportti on inspiroinut luomaan von Neumann EDSAC.

Maniacs ja Joniacs

Vuonna 1947 Burks, Goldstein ja von Neumann julkaisi toisen raportin, joka kattoi rakentamisen toisen tyyppinen auto (tällä kertaa rinnakkain), jonka piti olla erittäin nopea, joka pystyy ehkä kuljettamaan jopa 20000 operaatiota sekunnissa. He totesivat, että ratkaisematon ongelma rakentamisen se oli kehittää sopiva muisti, kaikki jonka sisältö on välittömästi käytettävissä. Ensinnäkin ne ehdotettu käytettäväksi erityisiä imuputki, kutsutaan Selectron, joka keksittiin Princeton laboratoriossa. Tällaiset putket ovat kalliita, ja tekevät niistä erittäin vaikeaa, varsinkin jos käytät tätä arkkitehtuuria. Von Neumann sittemmin päättänyt rakentaa auton perustuu Williamsin muistiin. Tämä kone, joka valmistui kesäkuussa 1952 Princetonin, on tullut tunnetuksi MANIAC (tai vain Maniacs). Sen muotoilu on saanut innoituksensa Creators rakentamisen puoli tusinaa tai enemmän vastaavia laitteita, joita nyt rakennetaan Amerikassa ja kutsui Comic Johniacs.

luominen periaatteet

Yksi modernin digitaalisen tietokoneen, johon sisältyy kehitystä ja parannusta tekniikka automaattinen sähköinen laskenta on osoitettu National Physical Laboratory Teddingtonin jossa se on suunniteltu ja rakennettu pieni ryhmä matemaatikot, insinöörit ja tutkimus insinöörien avustuksella useita tuotannon insinöörejä Englanti Electric Company Ltd Laitteet on vielä laboratoriossa, mutta vain prototyyppi paljon suurempi kasvi, joka tunnetaan nimellä Automatic Computing Engine. Mutta huolimatta suhteellisen pieni paino ja sisältö vain 800 thermionic venttiilit, se on erittäin nopea ja monipuolinen laskee koneen.

Peruskäsitteitä ja abstrakteja periaatteita laskennan käyttämällä koneita on muotoillut tohtori Turing perusteella saman Lontoo Mathematical Society vuonna 1936, mutta työtä näiden koneiden Britanniassa on viivästynyt sodan. 1945 ongelmien tutkinta luoda tällaisia laitteita jatkui National Physical Laboratory tohtori Vormsli, superintendentti matematiikan laitoksen laboratoriossa. Hän liittyi Turing ja hänen pieni ryhmä asiantuntijoita, ja vuoden 1947 esisuunnittelu oli niin pitkällä perusteltua ottaa käyttöön erityinen ryhmä.

Ensimmäisessä tietokoneet von Neumann arkkitehtuuri

Ensimmäinen hanke kuvaa järjestelmää, jota on käytetty monissa korkeakouluissa ja yritykset rakentaa omaa tietokonetta. Heistä vain ILLIAC ORDVAC ja on yhteensopivat käskykantoja.

Klassinen von Neumann arkkitehtuuri on toteutettu Manchesterissa pienissä kokeellinen kone (SSEM), lempinimeltään Vauva Manchesterin yliopistosta, jonka ensimmäinen onnistunut käynnistäminen laitteen, joka pitää ohjelman muistiin 21. kesäkuuta 1948.

EDSAC Cambridgen yliopisto, ensimmäinen käytännön tietokoneella tällaista, käynnistettiin onnistuneesti ensimmäisen kerran toukokuussa 1949.

Kehitystä luotu malleja

IBM SSEC ollut tilaisuus harkita ohjeiden datana ja oli julkisesti osoittanut 27 tammikuu 1948. Tämä kyky on vahvistettu US-patentissa. Se oli kuitenkin osittain sähkömekaaninen kone, eikä täysin sähköisesti. Käytännössä ohjeet luettiin paperi nauha, koska se on vähän muistia.

Vauva oli ensimmäinen täysin elektroninen tietokone ajaa tallennetut ohjelmat. Se factoring ohjelma kesti 52 minuuttia 21. kesäkuuta 1948 jälkeen alkaa ja yksinkertaisen laskelman jakamalla laskelma, joka osoittaa, että kaksi numeroa ovat keskenään jaottomia.

ENIAC muutettiin toimimaan primitiivinen tietokoneella luettavien, mutta samalla arkkitehtuuria, ja on osoitettu syyskuussa 16, 1948 ja käynnistää Adele Goldstein järjestetty ohjelma avulla von Neumann.

BINAC vietti useita testiohjelmat helmi-, maalis- ja huhtikuussa 1949, vaikka sitä ei ole suorittanut vasta syyskuussa 1949. Lisäksi koeajot tehtiin (joitakin onnistuneita) muu elektroniikka, tietokoneet, joka on tyypillistä arkkitehtuuria. Von Neumann, muuten ja jatkoi työtä "Manhattan" projekti. Tuo on niin monipuolinen mies.

Kehitys väylän järjestelmäarkkitehtuurin

Vuosien aikana jo 60 ja 70, tietokoneet yleensä ovat pienempiä ja nopeampia, mikä johtaa evoluution joka on käynyt läpi tietokoneen arkkitehtuuri von Neumann. Esimerkiksi näyttö tulon ja lähdön muisti mahdollistaa vastaavat laitteet, tiedot, ja ohjeet integroida järjestelmään, joka käsitellään, säilyvät muistissa. Linja järjestelmää voidaan käyttää saamaan aikaan modulaarinen järjestelmä, jossa on pienempi. Tämä on joskus kutsutaan "rationalisointi" arkkitehtuurin. Seuraavina vuosikymmeninä, joskus yksinkertainen mikro älä käytä joitakin ominaisuuksia tyypillinen malli, jotta voidaan vähentää kustannuksia ja kokoa. Mutta iso tietokoneet noudatettava laadittuja arkkitehtuuri, koska ne on lisätty ominaisuus parantaa suorituskykyä.