Arquitectura de von Neumann: història de l'aparició del terme

L'arquitectura de von Neumann, també conegut com el model de von Neumann, o l'arquitectura Princeton, basat en el mètode descrit en 1945, matemàtic i físic John von Neumann en l'informe "El primer esborrany" d'una EDVAC ordinador.

L'arquitectura de circuits

L'informe descriu el diagrama de l'arquitectura von Neumann de l'ordinador digital electrònic amb parts que consisteix d'unitats de processament, que comprèn:

• una unitat aritmètica lògica;
• registres del processador;
• la unitat de control que comprèn un registre d'instruccions i el comptador de programa;
• una memòria per emmagatzemar dades;
• un dispositiu d'emmagatzematge extern;
• d'entrada i sortida mecanismes.

El significat del desenvolupament va consistir en el fet que qualsevol informació emmagatzemada en la informació de l'ordinador pot ser utilitzat pel programa, en què l'operació, les dades seleccionades no es poden reproduir al mateix temps, ja que comparteixen un bus comú. S'esmenta en el "primer esborrany", que descriu el pensament científic sobre el que hauria de ser l'arquitectura. Von Neumann va cridar a aquesta situació "coll d'ampolla", que sovint limita el rendiment del sistema.

Els principis de l'arquitectura von Neumann

ordinador digital - un ordinador, que emmagatzema un programa que comprèn instruccions de programa, la lectura de dades, l'escriptura, i també inclou la memòria d'accés aleatori (RAM). Principis d'Arquitectura de John Von Neumann descriuen en el seu treball "El primer projecte." Segons ell, els equips emmagatzemats a la memòria del programa eren una millora sobre el control dels ordinadors, com l'ENIAC. Aquest últim va ser programat per ajust dels commutadors, i la inserció del pegat, el que resulta en l'encaminament de senyals de dades i de control entre els diversos blocs funcionals. En la gran majoria de la memòria també és utilitzat per les computadores modernes d'aquesta manera. Per tant l'arquitectura de computadors von Neumann és diferent, per exemple, de la Universitat de Harvard, de manera que no utilitza la memòria principal i la memòria cau.

prehistòria

Els primers ordinadors se'ls va donar un programa fix. Alguns equips molt simples segueixen utilitzant aquest disseny o per simplicitat o de formació. Per exemple, una calculadora d'escriptori és també un ordinador amb un programa fix. Es pot treballar amb els fonaments de les matemàtiques, però no pot ser utilitzat com un processador de textos , o una consola de jocs. Canviar el programa de la màquina fixa requereix cablejat, reestructuració o reorganització de l'aparell. Els primers ordinadors no eren tan estrets, ja que s'han desenvolupat per primera vegada i per a fins científics. Reprogramació va aparèixer molt més tard i va ser un procés laboriós, ja que els diagrames de blocs i bitllets de banc i que acaben els dissenys detallats. Especialment difícil va ser el procés de modernització dels canals de recuperació de la màquina físiques. Es pot prendre instal·lació de tres setmanes d'ENIAC i tractant de fer que funcioni.

Una nova idea

Amb un ordinador, que emmagatzema un programa a la memòria, tot va canviar. Emmagatzemat en la memòria, són de disseny amb un conjunt d'instruccions. Això vol dir que la màquina pot aconseguir immediatament una sèrie d'instruccions per dur a terme els càlculs.

El disseny d'aquests programes es relaciona amb el codi acte-modificable. Una de les primeres plantes per a un objecte tal era una necessitat d'un algoritme per augmentar o canviar la part de direcció dels comandos d'una altra manera. Va ser col·locat manualment en els primers dissenys. Això es va fer menys important quan els registres d'índex i adreçament indirecte es van convertir en característiques comunes que posseeix l'arquitectura informàtica de les màquines de John Von Neumann. Altres usos - per inserir dades d'ús freqüent en el corrent d'ordres amb solucions immediates. Però el codi acte-modificable en gran mesura ha estat criticada ja que sol ser difícil d'entendre i de depuració. A més, també ha demostrat ser ineficaç en termes d'esquemes de reproducció i emmagatzematge en memòria cau dels processadors moderns.

En general, la capacitat de tractar les instruccions com dades - això és el que fa que els assembladors, compiladors, assembladors, carregadors i altres instruments amb els possibles objectes de programació automatitzada. Per així dir-ho, per escriure programes que escriuen programes. En una escala menor, les operacions recurrents d'entrada i sortida intenses, com les manipulacions BitBLT-primitiva imatge o píxel i vertex shaders en moderns gràfics en 3D, s'han trobat per ser ineficaços per a funcionar sense l'equip d'usuari.

El desenvolupament d'un concepte s'emmagatzema a la memòria de programes

El matemàtic Alan Turing, que tenia un interès en el problema de la lògica matemàtica després de les conferències de Max Newman a la Universitat de Cambridge, va escriure un article en 1936, que va ser publicat en l'edició de la Societat Matemàtica de Londres. En ella, es descriu una màquina hipotètica, al que va cridar "màquina de computació universal", i que ara es coneix com una màquina universal de Turing. Tenia emmagatzematge infinita (en la terminologia moderna - memòria), que contenia dues instruccions i dades, que va ser creat i l'arquitectura. Von Neumann va conèixer a Turing en un moment en què era un professor visitant a Cambridge el 1935, i en el curs de la defensa de la seva tesi doctoral a l'Institut de Turing per a Estudis Avançats de Princeton (Nova Jersey) en 1936-1937.

Independentment Ji Presper Eckert i Dzhon Mochli, qui va desenvolupar l'Escola ENIAC d'Enginyeria Elèctrica a la Universitat de Pennsilvània, va escriure sobre el concepte de la màquina, que emmagatzema el programa a la memòria al desembre de 1943. Quan la planificació d'una nova màquina, l'EDVAC, Eckert va escriure el gener de 1944 que va a emmagatzemar les dades i programes en el nou dispositiu de memòria direccionable usant retard de mercuri metàl·lic. Va ser la primera vegada que s'han proposat la construcció d'una màquina pràctica que emmagatzema el programa a la memòria. Alhora, ell i Mauchly no estaven al corrent del treball de Turing (foto de baix).

l'arquitectura de computadors: principi de Von Neumann

Von Neumann va participar en el "Projecte Manhattan" al Laboratori Nacional de Los Alamos, que requereix una gran quantitat de càlculs. Se li va atreure del projecte en l'estiu de 1944 ENIAC. Allà es va unir a les discussions sobre l'equip de desenvolupament EDVAC. Dins d'aquest grup, va escriure un article titulat "Un projecte de primer informe sobre l'EDVAC», basat en l'obra d'Eckert i Mauchly. Va ser sense acabar quan el seu col·lega Goldstein distribueix projecte amb von Neumann (per cert, Eckert i Mauchly es van sorprendre aquesta notícia). Aquest document ha estat llegit per desenes de col·legues von Neumann a Amèrica i Europa i va tenir un profund impacte en la següent etapa de desenvolupament informàtic.

Els principis bàsics de l'arquitectura von Neumann, tal com s'estableix en el "primer esborrany", guanyat gran popularitat, mentre que Turing es va cobrir l'informe sobre la calculadora electrònica, que ha estat descrit en detall en l'enginyeria i programació. S'ha dit i presentació del cotxe de l'autor, que va ser cridat el Computació automàtica del motor (ACE). El va presentar al comitè executiu del Laboratori Nacional de Física Britànic el 1946. Després d'un temps es van produir fins i tot la implementació reeixida dels diversos dissenys de l'ECA.

iniciar projectes

I el projecte dels documents de von Neumann i Turing descriu un ordinador que emmagatzema en la memòria d'un programa específic, però l'article Von Neumann aconsegueix més circulació a la societat, i l'arquitectura de l'ordinador va arribar a ser conegut com l'arquitectura John von Neumann.

El 1945, el professor Neumann, qui llavors treballava a l'escola d'enginyeria a Filadèlfia, on per primera vegada es va construir ENIAC, emesa en nom dels seus col·legues informe sobre el disseny lògic de les computadores digitals. L'informe ofereix una proposta bastant detallat per a la construcció de la màquina, que des de llavors es coneix com l'EDVAC. Hi havia només recentment s'ha establert a Amèrica, però un informe ha inspirat la creació dels von Neumann EDSAC.

Maníacs i Joniacs

El 1947, Burks, Goldstein i von Neumann va publicar un altre informe que cobria la construcció d'un altre tipus de cotxe (aquest cop en paral·lel), que se suposa que és extremadament ràpid, capaç, potser, per a transportar fins a 20.000 operacions per segon. Van prendre nota que el problema no resolt en la construcció de la mateixa va ser el desenvolupament d'una memòria adequada, tots els continguts dels quals han d'estar disponibles immediatament. En primer lloc, es proposa utilitzar un tub de buit especial, anomenat el Selectron, que va ser inventat en el laboratori de Princeton. Tals tubs són cars, i els fan molt difícil, especialment si vostè està utilitzant aquesta arquitectura. Von Neumann posteriorment va decidir construir un cotxe basat en la memòria de Williams. Aquesta màquina, que es va completar al juny de 1952 a Princeton, s'ha convertit en maníac àmpliament conegut (o simplement Maniacs). El seu disseny està inspirat pels creadors de la construcció de la mitja dotzena o més dispositius similars, que en l'actualitat s'estan construint a Amèrica i va cridar Johniacs historietes.

principis sobre la creació

Una de les majoria de les computadores digitals modernes, que incorpora el desenvolupament i la millora en la tècnica de la computació electrònica automàtica s'ha demostrat en el Laboratori Nacional de Física a Teddington, on va ser dissenyat i construït per un petit grup de matemàtics, enginyers i enginyers d'investigació, amb l'assistència d'un nombre d'enginyers de producció de l'elèctrica Anglès Company Ltd L'equip es troba encara al laboratori, però només com un prototip d'una planta molt més gran, que és coneguda com la computació automàtica del motor. Però, tot i la relativament petita de pes i el contingut de només 800 vàlvules termoiòniques, es tracta d'una màquina de comptar extremadament ràpid i versàtil.

Conceptes bàsics i principis abstractes càlcul utilitzant màquines han estat formulats pel Dr. Turing sobre la base de la mateixa Societat Matemàtica de Londres el 1936, però treballar en aquest tipus de màquines al Regne Unit s'ha retardat per la guerra. El 1945, l'examen dels problemes de la creació d'aquest tipus de dispositius va continuar en el Laboratori Nacional de Física Dr. Vormsli, Superintendent del Departament de Laboratori de Matemàtiques. Es va unir a la de Turing i el seu petit equip d'experts, i per a la planificació preliminar 1947 havia avançat prou com per justificar l'establiment d'un grup especial.

Els primers equips de l'arquitectura de von Neumann

El primer projecte descriu un esquema que ha estat utilitzat per moltes universitats i empreses per construir els seus propis ordinadors. Entre ells, només ILLIAC ORDVAC i té conjunts d'instruccions compatibles.

Clàssica arquitectura de von Neumann va ser incorporat a Manchester petita màquina experimental (SSEM), sobrenomenat nadó a la Universitat de Manchester, que va fer el seu primer llançament amb èxit del dispositiu que sosté la memòria del Programa 21 de juny a 1948.

Universitat de Cambridge EDSAC, el primer ordinador electrònic pràctica d'aquest tipus, va ser llançat amb èxit per primera vegada al maig de 1949.

El desenvolupament dels models creats

IBM SSEC va tenir l'oportunitat de tenir en compte les instruccions com dades i es va demostrar públicament 27 de de gener de 1948. Aquesta capacitat s'afirma en la patent dels Estats Units. No obstant això, va ser la màquina parcialment electromecànic, en lloc d'un totalment electrònic. A la pràctica, les instruccions es llegeixen de cinta de paper a causa de la seva memòria limitada.

Nadó va ser la primera computadora totalment electrònica per executar els programes emmagatzemats. Es programa la factorització va córrer durant 52 minuts, 21 de juny 1948 després d'partida i un simple càlcul dividint el càlcul que mostra que els dos nombres són primers entre si.

ENIAC va ser modificat per funcionar com un ordinador primitiva de només lectura, però en la mateixa arquitectura, i s'ha demostrat el 16 de setembre de 1948, i el llançament del programa d'Adele Goldstein organitzat amb l'ajuda de von Neumann.

BINAC va passar diversos programes de prova al febrer, març i abril de 1949, encara que no es va completar fins a setembre de 1949. A més, les execucions de prova es van dur a terme (alguns reeixits) altres equips electrònics, que és característica de l'arquitectura. Von Neumann, per cert, i va continuar treballant en el projecte "Manhattan". Això és un home tan versàtil.

Evolució de l'arquitectura del sistema de bus

A través de les dècades, ja en els anys 60 i 70, els ordinadors en general s'han tornat més petit i més ràpid, el que resulta en una evolució que ha patit l'arquitectura de l'ordinador de von Neumann. Per exemple, la visualització de la memòria d'entrada i de sortida permet que els respectius dispositius, les dades i les instruccions sobre com integrar en el sistema que serà processada, romanen en la memòria. Un sistema de bus es pot utilitzar per proporcionar un sistema modular amb més petit. De vegades s'anomena la "racionalització" de l'arquitectura. En les dècades següents, de vegades simples microcontroladors no utilitzen algunes de les característiques d'un model típic per tal de reduir el cost i la mida. Però les grans computadores segueixen l'arquitectura establerta, ja que s'han afegit característiques per millorar el rendiment.