Von Neumann arkitektur: historien om förekomsten av termen

Arkitekturen av von Neumann, även känd som von Neumann modell eller Princeton arkitektur, baserad på den metod som beskrivs i 1945, matematiker och fysiker John von Neumann i rapporten "Den första utkast" en dator EDVAC.

Kretsarkitektur

Rapporten beskrev von Neumann arkitektur diagram av den elektroniska digitala datorn med delar bestående av behandlingsenheter, innefattande:

• en aritmetisk logikenhet;
• registren i processorn;
• styrenheten innefattar ett instruktionsregister och programräknaren;
• ett minne för lagring av data;
• en extern lagringsenhet;
• ingångs- och utgångsmekanismer.

Innebörden av utveckling bestod i det faktum att all information lagras på datorn informationen kan användas av programmet, där verksamheten, utvalda data kan inte spelas samtidigt, eftersom de delar en gemensam buss. Det nämns i den "första utkast", som beskriver forskare tanken om vad arkitektur borde vara. Von Neumann kallade denna situation "flaskhals", som ofta begränsar systemets prestanda.

Principerna för von Neumann arkitektur

Digital dator - en dator, som lagrar ett program som omfattar programinstruktioner, data läsning, skrivning och inkluderar även random access memory (RAM). Principer för Arkitektur efter John von Neumann beskrivs i hans arbete "Det första projektet." Enligt honom datorer som lagrats i programminnet var en förbättring jämfört med kontrollen av datorer, såsom Eniac. Den senare programmerades genom att sätta omkopplarna, och insättning av plåstret, vilket resulterar i att dirigera data och styrsignaler mellan de olika funktionsblocken. I de allra flesta minne används också av moderna datorer på detta sätt. Således datorarkitektur von Neumann är olika, till exempel från Harvard, så att den inte använder huvud- och cacheminnet.

förhistoria

De första datorerna fick ett fast program. Några mycket enkla datorer fortfarande använda denna design eller enkelhet eller utbildningssyfte. Till exempel är en miniräknare också en dator med fast program. Det kan fungera med grunderna i matematik, men det kan inte användas som en ordbehandlare eller en spelkonsol. Ändra den fasta programmaskinen kräver ledningsdragning, omstrukturering eller omorganisation av apparaten. De tidigaste datorerna inte var så smal, eftersom de har utvecklats för första gången och för vetenskapliga ändamål. Omprogrammering verkade långt senare och det var en mödosam process, eftersom blockdiagram och sedlar och slutar detaljerade mönster. Särskilt svårt var processen för modernisering av de fysiska maskinåterställningskanaler. Det kan ta tre veckor installation på Eniac och försöker få det att fungera.

En ny idé

Med en dator lagra ett program i minnet, förändrades allt. Lagras i minnet, de är design med en uppsättning instruktioner. Detta innebär att maskinen omedelbart kan få en uppsättning instruktioner för att utföra beräkningar.

Utformningen av dessa program avser själv modifiera koden. En av de första växter för ett sådant objekt fanns ett behov av en algoritm för att öka eller på annat sätt ändra adressen del av kommandon. Han placerades manuellt i början av design. Detta blev mindre viktigt när index register och indirekt adressering blev gemensamma egenskaper besatt av datorn arkitektur John von Neumann maskiner. Andra användningsområden - för att infoga data som används ofta i strömmen av kommandon med omedelbara lösningar. Men själv modifiera koden till stor del har kritiserats eftersom det är oftast svårt att förstå och felsöka. Dessutom han också visat sig vara ineffektiv när det gäller reproduktion och caching system för moderna processorer.

I stort, förmågan att behandla instruktioner som data - det är vad som gör montörer, kompilatorer, montörer, lastmaskiner och andra instrument med eventuella föremål automatiserad programmering. Så att säga, att skriva program som skriver program. I mindre skala, återkommande intensiva in- och utgångsoperationer, såsom BitBlt-bildmanipulationer primitiva eller pixel och vertex shaders i moderna 3D-grafik, har har visat sig vara ineffektivt att köra utan användarutrustning.

Utveckling av ett koncept som lagrats i programminnet

Matematiker Alan Turing, som hade ett intresse för problemet med matematisk logik efter Max Newman föreläsningar vid universitetet i Cambridge, skrev en artikel 1936, den publicerades i upplagan av London Mathematical Society. I den beskrev han en hypotetisk maskin, som han kallade "universell datamaskinen", och som nu är känd som en universell Turing maskin. Hon hade oändlig lagring (i modern terminologi - minne), som innehöll både instruktioner och data, som skapades och arkitekturen. Von Neumann blev bekant med Turing vid en tidpunkt då han var gästprofessor vid Cambridge 1935, och i samband med att försvara sin doktorsavhandling vid Turing Institute for Advanced Study i Princeton (New Jersey) i 1936-1937.

Oberoende Ji Presper Eckert och Dzhon Mochli, som utvecklat Eniac School of Electrical Engineering vid University of Pennsylvania, skrev om begreppet maskinen som lagrar programmet i minnet i December 1943. När du planerar en ny maskin, EDVAC skrev Eckert i Januari 1944 att det kommer att lagra data och program i den nya enheten adresserbara minne med fördröjning metalliskt kvicksilver. Det var första gången att bygga en praxis maskin som lagrar programmet i minnet har föreslagits. Samtidigt, inte han och Mauchly var medvetna om det arbete som Turing (bilden nedan).

Datorarkitektur: Von Neumann principen

Von Neumann var inblandad i "Manhattan Project" vid National Laboratory i Los Alamos, vilket krävde en stor mängd beräkningar. Det lockade honom till projektet under sommaren 1944, Eniac. Där gick han diskussionerna om utvecklingen EDVAC dator. Inom denna grupp, skrev han en uppsats med titeln "Ett första förslag till betänkande om EDVAC», baserat på arbetet av Eckert och Mauchly. Det var oavslutade när hans kollega Goldstein distribuerade projekt med von Neumann (förresten, var Eckert och Mauchly bedövas denna nyhet). Detta dokument har lästs av dussintals kollegor von Neumann i Amerika och Europa och hade en djupgående inverkan på nästa steg i datorutveckling.

De grundläggande principerna för von Neumann arkitektur, som anges i den "första utkast" vunnit bred popularitet, medan Turing täckte hennes rapport om elektronisk kalkylator, som har beskrivits i detalj i den tekniska och programmering. Det har sagts och presentation av författarens bil, som kallades den automatiska Computing Engine (ACE). Han presenterade den för den verkställande kommittén av den brittiska National Physical Laboratory i 1946. Efter ett tag även ett framgångsrikt genomförande av de olika ACE mönster producerades.

starta projekt

Och projektet von Neumann och Turing dokument beskriver en dator lagring i minnet ett särskilt program, men artikeln Von Neumann uppnådde större cirkulation i samhället, och datorarkitektur blev känd som John von Neumann arkitektur.

År 1945, professor Neumann, som då arbetade inom verkstadsskola i Philadelphia, där han först Eniac byggdes utfärdade på uppdrag av hans kollegor rapporterar om den logiska utformningen av digitala datorer. Rapporten ger en ganska detaljerat förslag för byggandet av maskinen, som sedan har blivit känd som EDVAC. Hon hade nyligen etablerats i USA, men en rapport har inspirerat skapandet av von Neumann EDSAC.

Maniacs och Joniacs

År 1947, Burks, Goldstein och von Neumann publicerade en annan rapport som omfattade byggandet av en annan typ av bil (denna gång parallell), som var tänkt att vara extremt snabb, kan kanske för att bära upp till 20.000 operationer per sekund. De noterade att det olösta problemet i byggandet av det var att utveckla ett lämpligt minne, alla vars innehåll måste vara omedelbart tillgängliga. Först föreslog de att använda en speciell vakuumrör, som kallas Selectron, som uppfanns vid Princeton laboratorium. Sådana rör är dyra, och göra dem mycket svårt, speciellt om du använder denna arkitektur. Von Neumann senare bestämde sig för att bygga en bil baserad på Williams minne. Denna maskin, som avslutades i juni 1952 vid Princeton, har blivit vida känd MANIAC (eller bara Maniacs). Designen är inspirerad av skaparna på byggandet av halvdussin eller flera liknande anordningar, som nu byggs i USA och kallas komiska Johniacs.

principer skapande

En av de mest moderna digitala datorer, förkroppsligar utveckling och förbättring av tekniken med automatisk elektronisk beräkning har visats vid National Physical Laboratory i Teddington, där den är konstruerad och byggd av en liten grupp av matematiker, ingenjörer och forskningsingenjörer, med hjälp av ett antal produktionsingenjörer från den engelska Electric Company Ltd. Utrustningen är fortfarande i laboratoriet, men bara som en prototyp av en mycket större anläggning, som är känd som den automatiska Computing Engine. Men trots den relativt liten vikt och innehåll av endast 800 Elektronrör ventiler, är det en extremt snabb och mångsidig räknar maskin.

Grundläggande begrepp och abstrakta principer beräkning användning av maskiner har formulerats av Dr Turing på grundval av samma London Mathematical Society 1936, men arbetet med sådana maskiner i Storbritannien har försenats av kriget. År 1945, en undersökning av problemen med att skapa sådana enheter fortsatte vid National Physical Laboratory Dr. Vormsli, föreståndare för institutionen för matematik Laboratory. Han gick med i Turing och hans lilla team av experter, och 1947 preliminära planeringen var tillräckligt avancerad för att motivera inrättandet av en särskild grupp.

De första datorerna på von Neumann arkitektur

Det första projektet beskriver ett system som har använts av många universitet och företag att bygga sina egna datorer. Bland dem, bara ILLIAC ORDVAC och har kompatibla instruktionsuppsättningar.

Klassisk von Neumann arkitektur förkroppsligades i Manchester små experimentella maskin (SSEM), smeknamnet baby vid University of Manchester, som gjorde sin första framgångsrika lanseringen av den enhet som håller programminne, 21 juni 1948.

EDSAC University of Cambridge, den första praktiska elektronisk dator av detta slag, lanserades framgångsrikt första gången maj 1949.

Utvecklingen av de skapade modeller

IBM SSEC fick möjlighet att överväga instruktionerna som data och offentligt visat 27 jan 1948. Denna förmåga bekräftas i US. Det var dock delvis elektromekaniska maskinen, snarare än ett helt elektroniskt. I praktiken har de instruktioner som läses från papperstejp på grund av dess begränsade minne.

Barnet var den första helt elektroniska datorn att köra lagrade program. Det facto program pågick under 52 minuter, 21 juni 1948 efter att ha startat och en enkel beräkning dividera beräkning som visar att de två siffrorna är Relativt prima.

Eniac ändrades för att fungera som en primitiv dator för skrivskyddad, men på samma arkitektur och har visat September 16, 1948, och lanseringen av Adele Goldstein som anordnas med hjälp av von Neumann.

BINAC tillbringade flera testprogram i februari, mars och april 1949 även om det inte blev klar förrän September 1949. Dessutom har testkörningar genomförts (vissa framgångsrika) andra elektroniska datorer, som är karakteristisk för arkitekturen. Von Neumann, förresten, och fortsatte att arbeta på "Manhattan" projekt. Det är en sådan mångsidig man.

Utvecklingen av buss systemarkitektur

Genom decennier redan på 60-talet och 70-talet, har datorer i allmänhet blir mindre och snabbare, vilket resulterar i en utveckling som har genomgått datorarkitektur von Neumann. Exempelvis visningen av ingångs- och utgångsminnet tillåter de respektive enheter, data och instruktioner om hur man kan integrera in i systemet som kommer att behandlas, kvarstår i minnet. Ett bussystem kan användas för att tillhandahålla ett modulsystem med mindre. Detta kallas ibland "rationalisering" av arkitektur. I efterföljande decennier, ibland enkla mikrokontrollers inte använder vissa funktioner i en typisk modell för att minska kostnaderna och storlek. Men stora datorer följer den etablerade arkitektur, eftersom de har lagt till funktioner för att förbättra prestanda.