Von Neumann arquitectura: historia de aparición do termo

A arquitectura de von Neumann, tamén coñecido como o modelo de von Neumann, ou arquitectura de Princeton, en base ao método descrito en 1945, matemático e físico John von Neumann no informe "O primeiro esbozo" dun EDVAC ordenador.

A arquitectura de circuíto

O informe describía o diagrama de arquitectura de von Neumann do ordenador dixital electrónico coas pezas que consiste en unidades de procesamento, comprendendo:

• unha unidade lóxica aritmética;
• rexistros do procesador;
• a unidade de control que comprende un rexistro de instrucións eo contador de programa;
• unha memoria para almacenamento de datos;
• un dispositivo de almacenamento externo;
• mecanismos de entrada e de saída.

O significado de desenvolvemento consistiu no feito de que todas as informacións almacenadas a información do ordenador pode ser usado polo programa, en que a operación, os datos seleccionados non poden ser reproducidos á vez, porque comparten un bus común. El é mencionado no "primeiro borrador", que describe o pensamento científico sobre o que a arquitectura debe ser. Von Neumann chamou esta situación "pescozo", que moitas veces limita o rendemento do sistema.

Os principios da arquitectura de von Neumann

ordenador digital - un ordenador, almacenando un programa que comprende as instrucións do programa, lectura de datos, a escrita, e tamén inclúe memoria de acceso aleatorio (RAM). Principios de Arquitectura por John von Neumann delineado na súa obra "O primeiro proxecto." Segundo el, os ordenadores gardados na memoria do programa eran unha mellora sobre o control de ordenadores, como ENIAC. O último foi programada polo axuste dos interruptores, e inserción do penso, obtendo encamiñamento dos sinais de datos e de control entre os distintos bloques funcionais. Na gran maioría de memoria tamén é usada por computadores modernos deste xeito. Así arquitectura de computador de von Neumann é diferente, por exemplo, de Harvard, de xeito que non usa a memoria principal e caché.

prehistoria

Os primeiros ordenadores foron dadas un programa fixo. Algúns computadores moi sinxelo aínda usan este proxecto ou con fins de sinxeleza ou de formación. Por exemplo, unha calculadora de mesa é tamén un ordenador cun programa fixo. Pode traballar cos conceptos básicos de matemáticas, pero non se pode usar como un procesador de texto , ou unha consola de xogos. Cambiando o programa fixo da máquina require religação, reestruturación ou a reorganización do aparello. Os ordenadores máis antigos non eran tan estreitas, como eles foron desenvolvidos por primeira vez e con fins científicos. Reprogramación apareceu moito despois e foi un proceso laborioso, xa que os diagramas de bloques e notas e debuxos detallados finais. Especialmente difícil se o proceso de modernización das canles de recuperación máquina físicas. Pode levar tres semanas instalación en ENIAC e intentando facelo funcionar.

Unha nova idea

Cun ordenador, almacenando un programa na memoria, todo cambiou. Almacenados na memoria, son deseño con un conxunto de instrucións. Isto quere dicir que a máquina pode comezar inmediatamente un conxunto de instrucións para realizar os cálculos.

O deseño de tales programas relaciónase co código de auto-modificación. Unha das primeiras plantas para tal obxecto era unha necesidade dun algoritmo para aumentar ou cambiar a parte do enderezo de comandos. Foi colocado manualmente en primeiros planos. Isto tornouse menos importante cando rexistros de índice e enderezo indirecto converteuse en características comúns posuídas pola arquitectura de computador de máquinas de John von Neumann. Outros usos - para introducir datos frecuentemente utilizados no fluxo do sistema con solucións inmediatas. Pero o código de auto-modificar en gran medida foi criticada porque xeralmente é difícil de entender e depurar. Ademais, el tamén demostrou ser ineficaz en termos de esquemas de reprodución e caché de procesadores modernos.

En xeral, a capacidade de tratar instrucións como datos - isto é o que fai montadores, compiladores, montadores, cargadoras e outros instrumentos con posibles obxectos de programación automática. Por así dicir, para escribir programas que escriben programas. Nunha escala menor, as operacións de entrada e saída intensas recorrentes, como manipulacións BitBlt-imaxe primitivos ou de píxeles e Vertex shaders en modernos gráficos 3D, se atoparon para ser ineficaces para realizar sen o equipo de usuario.

Desenvolvemento dun concepto almacenado na memoria de programa

Matemático Alan Turing, que tiña interese no problema da lóxica matemática tras conversas de Max Newman da Universidade de Cambridge, escribiu un artigo en 1936, foi publicado na edición de London Mathematical Society. Nela, el describe unha máquina hipotética, que chamou de "máquina de computación universal", e que agora é coñecido como unha máquina de Turing universal. Tivo de almacenamento infinito (na terminoloxía moderna - memoria), que contiña ambas as instrucións e datos, que foi creado e da arquitectura. Von Neumann tornouse familiarizado con Turing nun momento no que foi profesor visitante na Universidade de Cambridge en 1935, e no curso de defender a súa tese de doutoramento no Instituto de Turing de Estudos Avanzados en Princeton (Nova Jersey) en 1936-1937.

Independentemente Ji Presper Eckert e Dzhon Mochli, que desenvolveu ENIAC Escola de Enxeñaría Eléctrica da Universidade de Pensilvania, escribiu sobre o concepto de máquina, que almacena o programa na memoria en decembro de 1943. Ao planear unha nova máquina, o EDVAC, Eckert escribiu en xaneiro de 1944 que almacenar os datos e programas na nova memoria endereçável dispositivo usando atraso mercurio metálico. Foi a primeira vez que foron propuxo a construción dunha máquina práctica que almacena o programa na memoria. Ao mesmo tempo, el e Mauchly non estaba ao tanto do traballo de Turing (foto abaixo).

arquitectura de computadores: principio Von Neumann

Von Neumann estaba involucrado no "Proxecto Manhattan" no Laboratorio Nacional de Los Álamos, o que esixiu unha enorme cantidade de computación. El atraeu para o proxecto no verán de 1944, o ENIAC. Alí el uníuse as discusións sobre o ordenador de desenvolvemento EDVAC. Dentro deste grupo, escribiu un artigo titulado "Un proxecto de primeiro informe sobre o EDVAC», baseada na obra de Eckert e Mauchly. Estaba inacabado cando o seu compañeiro Goldstein distribuída proxecto con von Neumann (a propósito, Eckert e Mauchly foron atordoados esta noticia). Este documento foi lido por decenas de compañeiros von Neumann en América e en Europa e tivo un profundo impacto sobre a seguinte fase de desenvolvemento do equipo.

Os principios básicos da arquitectura de von Neumann, tal como se no "primeiro borrador", gañou gran popularidade, mentres Turing cubriu o seu informe sobre a calculadora electrónica, que foi descrito en detalle na enxeñaría e programación. Foi afirmado e presentación do coche do autor, que foi chamado o Automatic Computing engine (ICP). Presentou ao comité executivo do Laboratorio Nacional de Física británico en 1946. Despois dun tempo, mesmo o éxito da implantación dos distintos proxectos da ECA producíronse.

iniciar proxectos

E o proxecto de documentos von Neumann e Turing describe un ordenador almacenar na memoria dun programa específico, pero o artigo Von Neumann alcanzar maior circulación na sociedade, e arquitectura de computadores tornouse coñecida como a arquitectura John von Neumann.

En 1945, o profesor Neumann, que entón traballaba na Escola de Enxeñaría en Filadelfia, onde por primeira vez ENIAC foi construído, emitido en nome dos seus compañeiros informe sobre o proxecto lóxico dos computadores dixitais. O informe ofrece unha proposta moi detallada para a construción da máquina, que desde entón se tornou coñecido como o EDVAC. Ela tiña só recentemente estableceuse en América, pero un informe inspirou a creación da von Neumann EDSAC.

Maniacs e Joniacs

En 1947, Burks, Goldstein e von Neumann publicou outro informe, que abrangueu a construción dun outro tipo de coche (esta vez paralelo), que era quere que sexa moi rápida, capaz, quizais, para transportar ata 20.000 operacións por segundo. Eles observaron que o problema non resolto na construción do que foi o desenvolvemento dunha memoria adecuada, todo o contido do que debe estar inmediatamente dispoñíbeis. En primeiro lugar, eles proposta a utilización dun tubo de baleiro especial, chamado o Selectron, o cal foi inventado no laboratorio Princeton. Estes tubos son caros, e facelos moi difícil, especialmente se está a usar esta arquitectura. Von Neumann, posteriormente, decidiu construír un coche con base na memoria de Williams. Esta máquina, que se completa en xuño de 1952 en Princeton, converteuse en MANIAC amplamente coñecido (ou só Maniacs). O seu deseño está inspirado polos creadores sobre a construción da media ducia ou máis dispositivos semellantes, que están agora a ser construído en América e chamou Johniacs cómics.

principios de creación

Un dos máis modernos equipos dixitais, incorporando desenvolvemento e mellora na técnica de computación electrónico automático demostrouse no Laboratorio Nacional de Física, en Teddington, onde foi deseñado e construído por un pequeno grupo de matemáticos, enxeñeiros e enxeñeiros de investigación, coa asistencia dun número de enxeñeiros de produción da eléctrica Inglés Company Ltd O equipo está aínda no laboratorio, pero só como un prototipo dunha planta moi grande, que é coñecido como o Automatic Computing engine. Pero, a pesar do relativamente pequeno peso e contido de só 800 válvulas térmicas, é unha máquina de conta moi rápido e versátil.

Conceptos básicos e principios abstractos cálculo utilizando máquinas foron formuladas polo Dr Turing sobre a base dunha mesma London Mathematical Society en 1936, pero traballar en tales máquinas no Reino Unido foi adiada pola guerra. En 1945, o exame dos problemas da creación de tales dispositivos continuou no National Physical Laboratory Dr Vormsli, Superintendente do Departamento de Matemáticas do Laboratorio. El uníuse ao Turing ea súa pequena equipo de especialistas, e á planificación preliminar 1947 era suficientemente avanzada para xustificar a creación dun grupo especial.

Os primeiros ordenadores en arquitectura de von Neumann

O primeiro proxecto describe un esquema que foi utilizado por moitas universidades e empresas para construír os seus propios ordenadores. Entre eles, só a ILLIAC ORDVAC e teñen conxuntos de instrucións compatibles.

arquitectura de von Neumann clásica foi incorporada na máquina experimental pequena Manchester (SSEM), alcumado bebé na Universidade de Manchester, que fixo o seu primeiro lanzamento exitoso do dispositivo que mantén a memoria de programa, 21 de xuño de 1948.

Universidade EDSAC de Cambridge, o primeiro ordenador electrónico práctica deste tipo, foi lanzado con éxito por primeira vez maio 1949.

O desenvolvemento dos modelos creados

IBM SSEC tivo a oportunidade de considerar as instrucións como de datos e demostrouse publicamente 27 de xaneiro de 1948. Esta capacidade é afirmado en US Pat. Con todo, foi parcialmente máquina electromecánico, en vez de unha totalmente electrónico. Na práctica, as instrucións foron lidas dende cinta de papel por mor da súa memoria limitada.

Baby foi o primeiro ordenador totalmente electrónico para realizar os programas almacenados. E programa de factoring correu por 52 minutos, 21 de xuño de 1948 despois de iniciar e un cálculo simple división do cálculo que mostra que os dous números son primos entre si.

ENIAC foi modificado para funcionar como un ordenador primitivo para só lectura, pero na mesma arquitectura, e foi demostrado ata o 16 de setembro de 1948, e do lanzamento do programa de Adele Goldstein organizado coa axuda de von Neumann.

BINAC pasou varios programas de proba en febreiro, marzo e abril de 1949, aínda que non foi rematada ata setembro 1949. Ademais, execucións de proba foron realizadas (algunhas exitosas) outros computadores electrónicos, o que é característico da arquitectura. Von Neumann, polo camiño, e continuou a traballar no proxecto "Manhattan". Isto é un home tan versátil.

Evolución da arquitectura do sistema de autobuses

A través dos anos, xa nos anos 60 e 70, os computadores en xeral convertéronse en menores e máis rápidos, obtendo unha evolución que sufriu a arquitectura de computador de von Neumann. Por exemplo, a exhibición da memoria de entrada e de saída permite que os seus dispositivos, datos e instrucións sobre como integrar-se no sistema que serán procesados, permanecen na memoria. Un sistema de bus se pode empregar para proporcionar un sistema modular con máis pequeno. Isto ás veces é chamado de "racionalización" da arquitectura. Nas décadas seguintes, ás veces microcontroladores simple non usar algunhas funcións dun modelo típico, a fin de reducir o custo e tamaño. Pero grandes ordenadores seguen a arquitectura establecida, como eles teñen características adicionais para mellorar o rendemento.