Von Neumann arkitektúr: Saga viðburður á hugtakinu

The arkitektúr af von Neumann, einnig þekkt sem von Neumann fyrirmynd, eða Princeton arkitektúr, sem byggist á aðferðinni sem lýst er í 1945, stærðfræðingur og eðlisfræðingur John von Neumann í skýrslunni "Fyrsta drög" tölvu EDVAC.

The hringrás arkitektúr

Í skýrslunni lýsti von Neumann arkitektúr skýringarmynd af rafræna stafræna tölvu með einstaka hluta sem samanstendur af vinnslu einingar, sem samanstendur af:

• An rökverki reiknings;
• skrár yfir gjörvans;
• sem stýrieiningin felur í sér kennsla skrárinnar, og Forritsteljari;
• minni til að geyma gögn;
• ytri geymsla tæki;
• inntak og úttak leiðum.

Merking þróun fólst í því að allar upplýsingar geymdar á tölvunni upplýsingar er hægt að nota með forritinu, þar sem rekstur, valin gögn ekki hægt að spila á sama tíma, vegna þess að þeir sameiginlegan strætó. Það er getið í "frumdrögunum", sem lýsir vísindamaður hugsun um hvað arkitektúr ættu að vera. Von Neumann kallaði þetta ástand "flöskuháls", sem oft takmarkar afköst kerfisins.

Meginreglur von Neumann arkitektúr

Stafræn tölva - tölvu, geyma forrit sem samanstendur program leiðbeiningar, gögn lestur, ritun, og felur einnig í sér handahófi aðgang minni (RAM). Meginreglur um arkitektúr með John von Neumann og lýst er í starfi sínu "fyrsta verkefnið." Samkvæmt honum, tölvur sem eru geymdar í áætluninni minni voru framför yfir stjórn á tölvum, svo sem ENIAC. Hið síðarnefnda var forritað með því að setja rofa, og innsetning plástur, sem leiðir í því að koma gögnum og stjómmerki milli hinna ýmsu virkum samstæðum. Í langflestum minni er einnig notað af nútíma tölvur með þessum hætti. Svona tölva arkitektúr er von Neumann mismunandi, til dæmis, frá Harvard, þannig að það er ekki að nota helstu og skyndiminnið.

Forsaga

Fyrstu tölvur voru gefin fasta áætlun. Sumir mjög einföld tölva enn nota þessa hönnun eða til einföldunar eða starfsþjálfunar. Til dæmis, a skrifborð reiknivél er einnig tölva með föstum program. Það er hægt að vinna með grunnatriði stærðfræðinnar, en það er ekki hægt að nota sem ritvinnsluforrit eða leikjatölvu. Breyting á föstu vél program krefst rewiring, endurskipulagningu eða endurskipulagningu á búnaðinum. Elstu tölvur voru ekki svo þröngt, eins og þeir hafa verið þróuð í fyrsta skipti og í vísindaskyni. Endurforritun virtist miklu seinna og það var laborious ferli, þar sem blokk skýringarmynd og seðla og endar nákvæmar hönnun. Sérstaklega erfitt var ferlið við nútímavæðingu líkamlega vél bata rásum. Það getur tekið þrjár vikur uppsetningu á ENIAC og reyna að gera það vinna.

Ný hugmynd

Með tölvu, geyma forrit í minni, breyttist allt. Geymd í minni, eru þeir hönnun með a setja af leiðbeiningar. Þetta þýðir að vélin getur strax fengið sett af leiðbeiningum til að framkvæma útreikninga.

Hönnun slíkra áætlana tengist sjálf-breyta númerinu. Eitt af fyrstu plantna fyrir slíkum hlut var þörf fyrir reiknirit til að auka eða annan hátt breytt heimilisfang hluta af stjórn. Hann var settur handvirkt í byrjun hönnun. Þetta varð minna máli þegar vísitalan skráir og óbeint takast varð sameiginleg einkenni andsetinn af the tölva arkitektúr John von Neumann vél. Önnur not - að setja oft notuð gögn í straumi skipanir með nánasta lausnir. En sjálf-breyta kóða til að miklu leyti hefur verið gagnrýndur vegna þess að það er yfirleitt erfitt að skilja og kemba. Að auki, er hann reyndist einnig vera árangurslaus hvað varðar æxlun og flýtiminni kerfi nútíma örgjörvum.

By og stór, getu til að meðhöndla leiðbeiningar sem gögn - þetta er það sem gerir samsetningarlínu, þýðendur, samsetningarlínu, hjólaskóflur og önnur skjöl með hugsanlegum hlutum sjálfvirkum forritun. Svo að segja, til að skrifa forrit sem skrifa forrit. Í minna mæli, endurteknar mikil inntak og úttak aðgerðir, svo sem misnotkun BitBlt-mynd frumstæðar eða pixla og hornpunkt shaders í nútíma 3D-grafík, hafa reynst árangurslaus að keyra án þess að notandi búnað.

Þróun hugtak geymdar í áætluninni minni

Stærðfræðingur Alan Turing, sem hafði áhuga á því vandamáli að stærðfræðilega rökfræði eftir fyrirlestrum Max Newman er við Cambridge-háskóla, skrifaði grein árið 1936, það var birt í hefti London Mathematical Society. Í henni lýsti hann ímyndaðri vél, sem hann kallaði "alhliða computing vél", og sem nú er þekkt sem alhliða Turing vél. Hún hafði óendanlega geymslu (í nútíma hugtök - minni), sem innihélt bæði leiðbeiningar og gögn, sem var búin til og arkitektúr. Von Neumann varð kynnast Turing á þeim tíma þegar hann var gestaprófessor Cambridge árið 1935, og í tengslum við verja doktorsritgerð sína við Turing Institute for Advanced Study í Princeton (New Jersey) í 1936-1937.

Sjálfstætt Ji Presper Eckert og Dzhon Mochli, sem þróað ENIAC School of rafmagnsverkfræði við University of Pennsylvania, skrifaði um hugtakið vél, sem geymir forritið í minni í desember 1943. Þegar á leið í nýja vél, the EDVAC, Eckert skrifaði í janúar 1944 að það mun geyma gögn og forrit á nýju tæki addressable minni með málmi kvikasilfur tafar. Það var í fyrsta skipti byggingu æfingaleik vél sem geymir forritið í minni hafa verið lagðar. Á sama tíma, hann og Mauchly væri ekki kunnugt um vinnu Turing (mynd hér að neðan).

Tölva arkitektúr: Von Neumann meginreglu

Von Neumann tók þátt í "Manhattan Project" á National Laboratory í Los Alamos, sem krafist er a gríðarstór magn af útreikningur. Það vakti hann til verkefnisins í sumarið 1944 ENIAC. Þar gekk hann í viðræðum um þróun EDVAC tölvunni. Innan þessa hóps, skrifaði hann grein sem ber yfirskriftina "A fyrstu drög að skýrslu um EDVAC», byggt á vinnu Eckert og Mauchly. Það var ólokið þegar samstarfsmaður Goldstein hans dreift verkefni með von Neumann (eftir því hvernig, Eckert og Mauchly voru töfrandi þessa frétt). Þetta skjal hefur verið lesin af tugum samstarfsmenn von Neumann í Ameríku og Evrópu og hafði djúpstæð áhrif á næsta stigi þróunar tölva.

Grundvallarreglur von Neumann arkitektúr, eins og sett er fram í "frumdrögunum" náð upp vinsældum, en Turing fjallað skýrslu hennar um rafræna reiknivél, sem hefur verið lýst í smáatriðum í verkfræði og forritun. Það hefur komið fram og kynningu á bíl höfundar, sem var kallaður Automatic Computing Engine (ACE). Hann kynnti hana til framkvæmdanefndar British National Physical Laboratory árið 1946. Eftir smá stund, jafnvel árangursríka framkvæmd hinna ýmsu hönnun ACE voru framleidd.

byrja verkefni

Og verkefnið um von Neumann og Turing skjölum lýsir tölvu geyma í minni ákveðna áætlun, en greinin Von Neumann náð meiri dreifingu í samfélaginu, og tölva arkitektúr varð þekkt sem John von Neumann arkitektúr.

1945, prófessor Neumann, sem þá starfaði í verkfræði skóla í Philadelphia, þar sem hann fyrst ENIAC var byggð, út á vegum samstarfsmenn hans skýrslu um rökrétta hönnun stafrænna tölvum. Skýrslan gefur nokkuð nákvæma tillögu um byggingu vél, sem síðan hefur orðið þekktur sem EDVAC. Hún hafði nýlega verið stofnað í Bandaríkjunum, en skýrsla hefur innblástur sköpun von Neumann EDSAC.

Maniacs og Joniacs

Árið 1947, Burks, Goldstein og von Neumann út aðra skýrslu sem nær byggingu annars konar bíl (í þetta sinn samhliða), sem átti að vera mjög fljótur, fær kannski að bera allt að 20.000 aðgerðir á sekúndu. Þeir benda á að óleyst vandamál í byggingu þess var þróun viðeigandi minni, allt innihald sem verður að vera til taks. Í fyrsta lagi lagt til að þeir að nota sérstaka tómarúm rör, kölluð Selectron, sem var fundin á Princeton rannsóknarstofu. Slík rör eru dýr, og gera þá mjög erfitt, sérstaklega ef þú ert að nota þessa arkitektúr. Von Neumann ákvað í kjölfarið að byggja bíl sem byggir á minni Williams. Þessi vél, sem lauk í júní 1952 við Princeton, hefur orðið víða þekktur Maniac (eða bara Maniacs). hönnun er innblásin af höfundum um byggingu hálfri tylft eða fleiri svipuð tæki, sem nú er verið að byggja í Ameríku og heitir grínisti Johniacs.

sköpun meginreglur

Eitt af því sem mest nútíma stafrænum tölvum, fela þróun og framför í tækni sjálfvirkra rafrænu útreikningur Sýnt hefur verið fram á National Physical Laboratory í Teddington, þar sem það var hannað og smíðað af litlum hópi stærðfræðinga, verkfræðinga og rannsóknir verkfræðinga, með aðstoð fjölda framleiðslu verkfræðinga frá enska Electric Company Ltd Búnaðurinn er enn í rannsóknarstofu, en aðeins sem frumgerð af miklu stærri verksmiðju, sem er þekktur sem Sjálfvirk Computing Engine. En, þrátt fyrir tiltölulega litla þyngd og innihald aðeins 800 thermionic lokar, er það afar hratt og fjölhæfur talning vél.

Helstu hugtök og ágrip meginreglur útreikning nota vélar hafa verið mótuð af Dr Turing á grundvelli sömu London Mathematical Society árið 1936, en vinna á slíkum vélum í Bretlandi hefur verið frestað af stríðinu. Árið 1945, athugun á þeim vandamálum sem búa slík tæki áfram á National Physical Laboratory Dr. Vormsli, Superintendent Department of Mathematics Laboratory. Hann gekk til liðs við Turing og lítið lið sitt sérfræðinga, og að 1947 forkeppni áætlanagerð væri nægilega langt gengið að réttlæta stofnun sérstaks hóps.

Fyrstu tölvur um von Neumann arkitektúr

Fyrsta verkefnið lýsir kerfi sem hefur verið notað af mörgum háskólum og fyrirtækjum að byggja upp eigin tölvur sínar. Meðal þeirra, aðeins ILLIAC ORDVAC og hafa samhæft kennsla setur.

Classical von Neumann arkitektúr var við lýði í Manchester litlu tilrauna vél (SSEM), kallaður Baby við Háskólann í Manchester, sem gerði fyrsta árangursríkur sjósetja þess búnaðarins sem heldur program minni, 21. júní 1948.

EDSAC University of Cambridge, fyrsta verklega rafræna tölvan af þessu tagi, var hleypt af stokkunum með góðum árangri í fyrsta skipti í maí 1949.

Þróun á búið módel

IBM SSEC haft tækifæri til að fjalla um leiðbeiningar sem gögn og var opinberlega sýnt janúar 27, 1948. Þessi hæfileiki er staðfest í Bandaríkjunum einkaleyfi nr. Hins vegar var það að hluta til electromechanical vél, frekar en að fullu rafræn. Í reynd voru leiðbeiningarnar að lesa úr pappír borði vegna takmarkaðs minnis hennar.

Barnið var fyrsta fullkomlega rafræna tölvan að keyra vistaðar forrit. Það þátta program hljóp í 52 mínútur, 21 júní 1948 eftir að byrja og einfalt útreikning deila útreikning sem sýnir að tveir tölur eru coprime.

ENIAC var breytt til að vinna sem frumstæð tölva fyrir að lesa-eini, en á sama arkitektúr, og hefur verið sýnt fram á með 16. september 1948, og ráðast af Adele Goldstein dagskrá skipulögð með hjálp von Neumann.

BINAC eyddi nokkrum áætlunum próf í febrúar, mars og apríl 1949, en það var ekki lokið fyrr en í september árið 1949. Að auki voru tilraunarskyni gerðar (sem í sumum tekst) öðrum rafrænum tölvur, sem eru einkennandi fyrir þennan arkitektúr. Von Neumann, við the vegur, og hélt áfram að vinna á "Manhattan" verkefninu. Það er svo fjölhæfur maður.

Þróun strætó kerfi arkitektúr

Gegnum áratugina, þegar í 60s og 70s, tölvur almennt hafa orðið minni og hraðari leiðir í þróun sem hefur farið í gegnum tölvuna arkitektúr von Neumann. Til dæmis, the sýna af inntak og úttak minni gerir viðkomandi tæki, gögn og leiðbeiningar um hvernig á að fella inn í kerfið, sem unnin verða, enn í minni. Rúta kerfi er hægt að nota til að veita mát kerfi með minni. Þetta er stundum kallað "hagræðing" í byggingarlist. Í síðari áratugum, stundum einfaldar microcontrollers ekki nota suma eiginleika dæmigerðum fyrirmynd í því skyni að draga úr kostnaði og stærð. En stór tölvur fylgja settum arkitektúr, eins og þeir hafa bætt möguleika til að bæta árangur.