Von Neumann-argitektuur: die geskiedenis van die voorkoms van die term

Die argitektuur van von Neumann, ook bekend as die von Neumann-model, of Princeton argitektuur, wat gebaseer is op die in 1945, wiskundige en fisikus John von Neumann beskryf in die verslag "Die eerste konsep" van 'n rekenaar EDVAC metode.

Die kring argitektuur

Die verslag beskryf die von Neumann argitektuur diagram van die elektroniese digitale rekenaar met dele wat bestaan uit die verwerking van eenhede, wat bestaan uit:

• 'n rekenkundige logika eenheid;
• registers van die verwerker;
• die beheer-eenheid wat bestaan uit 'n opdrag registreer en die program counter;
• 'n geheue vir die stoor van data;
• 'n eksterne stoor toestel;
• toevoer en afvoer meganismes.

Die betekenis van ontwikkeling bestaan in die feit dat enige inligting wat gestoor word op die rekenaar inligting kan gebruik word deur die program, waarin die operasie, die geselekteerde data kan nie op dieselfde tyd gespeel, omdat hulle 'n gemeenskaplike bus deel. Dit is genoem in die "eerste konsep", wat die wetenskaplike denke oor wat argitektuur moet beskryf. Von Neumann het hierdie situasie "bottelnek", wat dikwels die prestasie van die stelsel beperk.

Die beginsels van von Neumann argitektuur

Digitale rekenaar - 'n rekenaar, stoor 'n program wat programinstruksies, data lees, skryf behels, en sluit ook ewetoeganklike geheue (RAM). Beginsels van argitektuur deur John von Neumann uiteengesit in sy werk "Die eerste projek." Volgens hom, rekenaars gestoor in die program geheue was 'n verbetering op die beheer van rekenaars, soos ENIAC. Laasgenoemde is geprogrammeer deur die oprigting van die skakelaars, en inplaas van die kol, wat lei tot routing data en beheer seine tussen die verskillende funksionele blokke. In die oorgrote meerderheid van die geheue is ook gebruik word deur die moderne rekenaars in hierdie manier. So rekenaarargitektuur von Neumann is anders, byvoorbeeld, van Harvard, sodat dit nie die belangrikste en kasgeheue gebruik nie.

voorgeskiedenis

Die eerste rekenaars is 'n vaste program gegee. 'N paar baie eenvoudige rekenaars gebruik steeds hierdie ontwerp of vir eenvoud of opleidingsdoeleindes. Byvoorbeeld, 'n lessenaar sakrekenaar is ook 'n rekenaar met 'n vaste program. Dit kan werk met die basiese beginsels van wiskunde, maar dit kan nie gebruik word as 'n woordverwerker , of 'n games console. Die verandering van die vaste masjien program vereis rewiring, herstrukturering of herorganisasie van die apparaat. Die vroegste rekenaars was nie so eng, as hulle is ontwikkel vir die eerste keer en vir wetenskaplike doeleindes. Herprogrammering verskyn veel later en dit was 'n moeisame proses, aangesien die blokdiagramme en banknote en eindig gedetailleerde ontwerpe. Veral moeilik was die proses van modernisering van die fisiese masjien herstel kanale. Dit kan drie weke installasie neem op ENIAC en probeer om dit te laat werk.

'N Nuwe idee

Met 'n rekenaar, stoor 'n program in geheue, het alles verander. Gestoor in die geheue, hulle is ontwerp met 'n stel instruksies. Dit beteken dat die masjien dadelik kan kry 'n stel instruksies die berekeninge uit te voer.

Die ontwerp van sulke programme het betrekking op die self-wysiging kode. Een van die eerste plante vir so 'n voorwerp is 'n behoefte aan 'n algoritme om te verhoog of andersins verander die adres deel van opdragte. Hy is met die hand in die vroeë ontwerpe geplaas. Dit het minder belangrik wanneer indeks registers en indirekte aanspreek geword gemeenskaplike eienskappe besit deur die rekenaar argitektuur van John von Neumann masjiene. Ander gebruike - om gereeld gebruikte data in te voeg in die stroom van opdragte met onmiddellike oplossings. Maar die self-wysiging kode vir 'n groot mate is gekritiseer omdat dit gewoonlik moeilik om te verstaan en ontfout. Daarbenewens was hy ook oneffektief in terme van voortplanting en caching skemas van moderne verwerkers te wees.

Deur en groot, die vermoë om instruksies te behandel as data - dit is wat monteurs, samestellers, monteurs, loaders en ander instrumente maak met moontlike oogmerke van outomatiese programme. Om so te praat, om programme wat programme te skryf. Op 'n kleiner skaal, herhalende intense toevoer en afvoer bedrywighede, soos BitBlt-beeld manipulasie primitief of pixel en toppunt shaders in moderne 3D-beelde, is gevind om oneffektief te loop sonder dat die gebruiker toerusting te wees.

Ontwikkeling van 'n konsep gestoor in die program geheue

Wiskundige Alan Turing, wat 'n belang in die probleem van wiskundige logika na lesings Max Newman se Cambridge Universiteit het, het 'n artikel in 1936, dit was in die uitgawe van die Londense Wiskundige Vereniging gepubliseer. In dit, beskryf hy 'n hipotetiese masjien, wat hy noem "universele rekenmasjien", en wat nou bekend is as 'n universele Turingmasjien. Sy het oneindige stoor (in moderne terme - geheue), wat beide instruksies en data, wat gemaak is en die argitektuur vervat. Von Neumann het kennis met Turing op 'n tyd toe hy 'n besoekende professor by Cambridge in 1935, en in die loop van die verdediging van sy doktorale proefskrif by die Turing Instituut vir Gevorderde Navorsing in Princeton (New Jersey) in 1936-1937.

Onafhanklik Ji Presper Eckert en Dzhon Mochli, wat ENIAC Skool vir Elektriese Ingenieurswese ontwikkel aan die Universiteit van Pennsylvania, geskryf oor die konsep van die masjien, wat die program in die geheue in Desember 1943 slaan. Wanneer die beplanning van 'n nuwe masjien, die EDVAC, Eckert het in Januarie 1944 dat dit die data en programme in die nuwe toestel aanspreekbaar geheue sal slaan met behulp van metaal kwik vertraging. Dit was die eerste keer dat die konstruksie van 'n praktyk masjien wat die program in die geheue stoor is voorgestel. Terselfdertyd, hy en Mauchly was nie bewus van die werk van Turing (hieronder uitgebeeld).

Rekenaarargitektuur: beginsel Von Neumann

Von Neumann was betrokke by die "Manhattan Project" aan die Nasionale Laboratorium in Los Alamos, wat 'n groot hoeveelheid van die berekening vereis. Dit gelok hom aan die projek in die somer van 1944 ENIAC. Daar het hy by die besprekings oor die ontwikkeling EDVAC rekenaar. Binne hierdie groep, het hy 'n referaat getiteld " 'n Eerste konsepverslag oor die EDVAC», gebaseer op die werk van Eckert en Mauchly. Dit was onvoltooid toe sy kollega Goldstein versprei projek met von Neumann (by the way, Eckert en Mauchly was verstom hierdie nuus). Hierdie dokument is gelees deur dekades van kollegas von Neumann in Amerika en Europa en het 'n groot impak op die volgende fase van die rekenaar ontwikkeling.

Die basiese beginsels van von Neumann argitektuur, soos uiteengesit in die "eerste konsep," het wye gewildheid, terwyl Turing bedek haar verslag oor die elektroniese sakrekenaar, wat in detail beskryf in die ingenieurswese en ontwikkeling. Dit is duidelik gestel en aanbieding van die motor die skrywer se, wat die outomatiese Computing Engine (ACE) genoem. Hy het dit aan die uitvoerende komitee van die Britse Nasionale Fisiese Laboratorium in 1946. Na 'n ruk selfs die suksesvolle implementering van die verskillende ACE ontwerpe vervaardig.

begin projekte

En die projek van von Neumann en Turing dokumente beskryf 'n rekenaar te stoor in die geheue van 'n spesifieke program, maar die artikel Von Neumann bereik groter sirkulasie in die samelewing, en rekenaarargitektuur bekend geword het as John von Neumann argitektuur.

In 1945, Professor Neumann, wat dan gewerk in die ingenieurswese skool in Philadelphia, waar hy die eerste keer ENIAC was gebou, uitgereik namens sy kollegas verslag te doen oor die logiese ontwerp van digitale rekenaars. Die verslag bied 'n redelik gedetailleerde voorstel vir die konstruksie van die masjien, wat sedertdien bekend as die EDVAC geword. Sy het eers onlangs gestig in Amerika, maar 'n verslag het die skepping van die von Neumann EDSAC geïnspireer.

Maniacs en Joniacs

In 1947, Burks, Goldstein en von Neumann gepubliseer 'n verslag wat die konstruksie van 'n ander tipe van die motor (hierdie tyd parallel), wat veronderstel was om baie vinnig, in staat is, miskien wat gedek moet word, om tot 20.000 operasies per sekonde. Hulle het opgemerk dat die onopgeloste probleem in die konstruksie van dit was die ontwikkeling van 'n geskikte geheue, al die inhoud van wat moet onmiddellik beskikbaar wees. In die eerste plek voorgestelde hulle 'n spesiale vakuumbuis, bekend as die Selectron, wat is uitgevind by die Princeton laboratorium gebruik. Soos pype is duur, en maak hulle baie moeilik, veral as jy die gebruik van hierdie argitektuur. Von Neumann daarna besluit om 'n motor wat gebaseer is op geheue Williams se bou. Hierdie masjien, wat in Junie 1952 voltooi aan die Princeton, het wyd bekend geword maniak (of net Maniacs). Die ontwerp is geïnspireer deur die skeppers van die konstruksie van die half-dosyn of meer soortgelyke toestelle, wat nou gebou in Amerika en 'n beroep komiese Johniacs.

beginsels skepping

Een van die mees moderne digitale rekenaars, gehou ontwikkeling en verbetering in die tegniek van outomatiese elektroniese berekening het getoon by die Nasionale Fisiese Laboratorium in Teddington, waar dit ontwerp en gebou deur 'n klein groepie van wiskundiges, ingenieurs en navorsing ingenieurs, met die hulp van 'n aantal van die produksie ingenieurs van die English Electric Company Ltd Die toerusting is nog in die laboratorium, maar slegs as 'n prototipe van 'n veel groter plant, wat bekend staan as die outomatiese Computing Engine. Maar, ten spyte van die relatief klein gewig en inhoud van net 800 termioniese kleppe, dit is 'n baie vinnige en veelsydige tel masjien.

Basiese konsepte en abstrakte beginsels berekening met behulp van masjiene is geformuleer deur Dr. Turing op grond van dieselfde Londen Wiskundige Vereniging in 1936, maar werk op so 'n masjien in die Verenigde Koninkryk is vertraag deur die oorlog. In 1945, die ondersoek van die probleme van die skep van sulke toestelle voortgegaan by die Nasionale Fisiese Laboratorium Dr. Vormsli, Superintendent van die Departement Wiskunde Laboratorium. Hy het by die Turing en sy klein span van kundiges, en om die 1947 voorlopige beplanning was voldoende gevorderde tot die vestiging van 'n spesiale groep te regverdig.

Die eerste rekenaars op die von Neumann argitektuur

Die eerste projek beskryf 'n skema wat deur verskeie universiteite en korporasies het wat gebruik word om hul eie rekenaars te bou. Onder hulle is, net illiakus ORDVAC en het versoenbaar instruksie stelle.

Klassieke von Neumann argitektuur is vergestalt in Manchester klein eksperimentele masjien (SSEM), met die bynaam Baby by die Universiteit van Manchester, wat sy eerste suksesvolle bekendstelling van die toestel wat die program geheue, 21 Junie 1948 beklee het.

EDSAC Universiteit van Cambridge, die eerste praktiese elektroniese rekenaar van hierdie aard, is suksesvol van stapel gestuur die eerste keer Mei 1949.

Die ontwikkeling van die geskape modelle

IBM SSEC het die geleentheid gehad om die instruksies as data beskou en is in die openbaar getoon 27 Januarie 1948. Hierdie vermoë is bevestig in die VSA Pat. Dit was egter gedeeltelik elektromeganiese masjien, eerder as om 'n ten volle elektroniese. In die praktyk is die instruksies te lees van papier tape as gevolg van sy beperkte geheue.

Baba was die eerste ten volle elektroniese rekenaar om die gestoor programme te hardloop. Dit factoring program hardloop vir 52 minute, 21 Junie 1948 ná die aanvang en 'n eenvoudige berekening te verdeel die berekening wat toon dat die twee getalle kopriem.

ENIAC is aangepas om te werk as 'n primitiewe rekenaar vir lees-alleen nie, maar op dieselfde argitektuur, en het getoon teen 16 September 1948, en die bekendstelling van Adele Goldstein program georganiseer met die hulp van von Neumann.

BINAC spandeer 'n paar toets programme in Februarie, Maart en April 1949, hoewel dit nie voltooi is tot September 1949. Daarbenewens is toetslopies (sommige suksesvolle) ander elektroniese rekenaars, wat kenmerkend is van die argitektuur uitgevoer. Von Neumann, by the way, en het voortgegaan om te werk aan die projek "Manhattan". Dit is so 'n veelsydige man.

Evolusie van die bus stelsel argitektuur

Deur die dekades, reeds in die 60s en 70s, rekenaars in die algemeen het kleiner geword en vinniger, wat lei tot 'n evolusie wat die rekenaar argitektuur von Neumann ondergaan het. Byvoorbeeld, die vertoning van die toevoer en afvoer geheue kan die onderskeie toestelle, data, en instruksies oor hoe om te integreer in die stelsel wat verwerk sal word, in die geheue bly. 'N Bus stelsel kan gebruik word om 'n modulêre stelsel te voorsien met kleiner. Dit word soms die "rasionalisering" van argitektuur. In die daaropvolgende dekades, soms eenvoudig mikrobeheerders nie 'n paar kenmerke van 'n tipiese model gebruik om die koste en grootte te verminder. Maar groot rekenaars volg die gevestigde argitektuur, as hulle funksies het bygevoeg om prestasie te verbeter.