Von Neumann arsjitektuer: skiednis fan oerienkomst mei de term

De arsjitektuer fan Von Neumann, ek bekend as de von Neumann model, of Princeton arsjitektuer, basearre op de metoade beskreaun yn 1945, wiskundige en natuerkundige John von Neumann yn it rapport "De earste konsept" fan in kompjûter EDVAC.

De circuit arsjitektuer

It rapport beskreaun de von Neumann arsjitektuer diagram fan de elektroanyske digitale kompjûter mei dielen besteande út ferwurking ienheden, besteande út:

• in rekkenboek logika ienheid;
• registers fan de prosessor;
• de kontrôle ienheid besteande út in ynstruksje register en it programma counter;
• in oantinken foar it bewarjen fan gegevens;
• in eksterne opslach apparaat;
• ynput en output meganismen.

De betsjutting fan ûntwikkeling bestie yn it feit dat alle ynformaasje opslein op 'e kompjûter ynformaasje kin brûkt wurde troch it programma, dêr't de eksploitaasje, de selektearre data kin net spile wurde tagelyk, want se diele in mienskiplike bus. It wurdt neamd yn it "earste ûntwerp", dy't beskriuwt de wittenskipper tinken oer wat arsjitektuer moat wêze. Von Neumann neamde dizze situaasje "flessehals", dy't faak limitearret hoefolle foarstelling fan it systeem.

De prinsipes fan von Neumann arsjitektuer

Digitale kompjûter - in kompjûter, storing in programma dat bestiet út programma ynstruksjes, data lêzen, skriuwen, en ek samar tagong ûnthâld (RAM). Útgongspunten fan Architecture troch John von Neumann sketst yn syn wurk "De earste projekt." Neffens him, kompjûters opslein yn it programma ûnthâld wienen in ferbettering oer de kontrôle fan kompjûters, lykas ENIAC. Dy lêste waard programmearre troch it ynstellen fan de SWITCH en ynstek fan 'e patch, resultearret yn Routing gegevens en kontrôle sinjalen tusken de ferskate funksjonele blokken. Yn de grutte mearderheid fan 'ûnthâld wurdt ek brûkt troch moderne kompjûters yn dizze manier. Sa kompjûter arsjitektuer von Neumann oars is, bygelyks, út Harvard, sa, dat it net gebrûk meitsje fan de wichtichste en lytsûnthâld ûnthâld.

prehistoarje

De earste computers krigen in fêst programma. Guon hiel ienfâldige kompjûters noch brûke dit ûntwerp of foar ienfâld of training doeleinen. Bygelyks, in buroblêd rekkenmasine is ek in kompjûter mei in fêste programma. It kin wurkje mei de basis fan de wiskunde, mar it kin net brûkt wurde as in wurd Prozessor , of in spultsjes console. It feroarjen fan de fêste machine programma freget om rewiring, werstrukturearring of reorganisaasje fan it apparaat. De ierste computers wiene net sa smelle, sa't se binne ûntwikkele foar de earste kear en foar wittenskiplike doelen. Reprogramming ferskynde folle letter en it wie in dreech proses, sûnt it blok skema 'en bankbiljetten en einiget detaillearre ûntwerpen. Benammen dreech wie it proses fan modernisearring fan it fysike masine herstel kanalen. It kin nimme trije wiken ynstallaasje op ENIAC en besykje om dat wurk.

In nij idee

Mei in kompjûter, storing in programma yn it ûnthâld, alles feroare. Opslein yn it ûnthâld, binne se ûntwerp mei in set fan ynstruksjes. Dat betsjut dat de masine kin daliks in set fan ynstruksjes te fieren út de berekkenings.

It ûntwerp fan sokke programma giet oer de sels-wizigjen koade. Ien fan de earste planten foar sa'n foarwerp wie ferlet fan in algoritme te fergrutsjen of oars feroarje it adres diel fan kommando. Hy waard pleatst mei de hân yn it begjin ûntwerpen. Dat waard minder wichtich as yndeks registers en yndirekte addressing waard mienskiplike kenmerken hie troch de kompjûter arsjitektuer fan John von Neumann masines. Oare uses - te foegjen faak brûkt gegevens yn de stream fan de kommando mei neiste oplossings. Mar de sels-wizigjen koade foar in grut part is krityk omdat it meastal lestich te begripen en debug. Dêrneist er ek bewiisd niet effectief op it mêd fan fuortplanting en caching regelings fan de moderne Prozessoren.

Troch en grutte, de mooglikheid te behannelje ynstruksjes as data - dit is wat makket assemblers, compilers, assemblers, loaders en oare ynstruminten mei mooglike foarwerpen fan automatisearre programmearring. Sa te praten, te skriuwen programma dy't skriuwe programma. Op in lytsere skaal, weromkommende intens ynput en output operaasjes, lykas BitBlt-image beynfloedzjen primitive of Pixel en vertex shaders in moderne 3D-graphics, binne fûn niet effectief te rinne sûnder brûker apparatuer.

Ûntwikkeling fan in konsept opslein yn it programma ûnthâld

Wiskundige Alan Turing, dy't hie in belangstelling foar it probleem fan de wiskundige logika nei Max Newman syn kolleezjes oan de Universiteit fan Cambridge, skreau in artikel yn 1936, it waard publisearre yn 'e edysje fan de Londen wiskunde mienskip. Yn it, hy beskreaun in hypotetysk masine, dy't er neamde "universele Computing masine", en dat is no bekend as in universele Turingmasine. Se hie ûneinige opslach (yn moderne terminology - ûnthâld), dy't befette beide ynstruksjes en gegevens, dy't ûntstien wie en de arsjitektuer. Von Neumann de kunde mei Turingmasine op in tiid doe't er in besite heechlearaar oan Cambridge yn 1935, en yn 'e rin fan ferdigenjen fan syn dissertaasje by de Turingmasine Ynstitút foar Advanced Study in Princeton (New Jersey) yn 1936-1937.

Ûnôfhinklik Ji Presper Eckert en Dzhon Mochli, dy't ûntwikkele ENIAC School of Electrical Engineering oan de Universiteit fan Pennsylvania, skreau oer it konsept fan 'e masine, dy't slacht it programma yn it ûnthâld yn desimber 1943. Wannear't it plannen fan in nije masine, de EDVAC, Eckert skreau yn jannewaris 1944 dat it sil bewarje de gegevens en programma yn de nije apparaat addressable ûnthâld mei help metallysk kwik fertraging. It wie de earste kear de oanlis fan in praktyk masine dy't slacht it programma yn it ûnthâld binne foardroegen. Tagelyk, hy en Mauchly wienen net bewust fan it wurk fan Turingmasine (foto hjirûnder).

Kompjûter arsjitektuer: Von Neumann prinsipe

Von Neumann waard belutsen by it "Manhattan Projekt" yn it National Laboratorium yn Los Alamos, dy't nedich in grutte hoeveelheid-berekkening. It luts him nei it projekt yn 'e simmer fan 1944 ENIAC. Dêr waard hy lid fan de diskusjes oer de ûntwikkeling EDVAC kompjûter. Binnen dizze groep, hy skreau in papier mei de titel "In earste konsept ferslach op de EDVAC», basearre op it wurk fan Eckert en Mauchly. It wie ûnfoltôge doe't syn kollega Goldstein ferspraat projekt mei von Neumann (troch de wei, Eckert en Mauchly waarden ferbjustere dat nijs). Dit dokumint is lêzen troch tsientallen kollega von Neumann yn Amearika en Europa, en hie in djippe ynfloed op it folgjende poadium fan 'e kompjûter ûntwikkeling.

De grûnslaggen fan Von Neumann arsjitektuer, sa't dy yn de "earste ûntwerp," krige brede populariteit, wylst Turingmasine bedutsen har rapport oer de elektroanyske rekkenmasine, dat is beskreaun yn detail yn de technyk en de programmearring. It is steld en presintaasje fan de skriuwer syn auto, dat waard neamd de Automatysk Computing Engine (ACE). Hy presintearre it oan it deistich bestjoer fan 'e Britske Nasjonaal Physical Laboratorium yn 1946. Nei in skoft sels de suksesfolle ymplemintaasje fan de ferskate ACE ûntwerpen waarden produsearre.

Start projects

En it projekt fan Von Neumann en Turingmasine dokuminten beskriuwt in kompjûter storing yn it ûnthâld in bepaald programma, mar it artikel Von Neumann berikt gruttere ferkear yn 'e maatskippij, en de kompjûter arsjitektuer waard bekend as Johannes von Neumann arsjitektuer.

Yn 1945, heechlearaar Neumann, dy't dêrnei wurke yn 'e engineering skoalle yn Philadelphia, dêr't er earst ENIAC waard boud, útjûn út namme fan syn kollega ferslach op it logysk ûntwerp fan digitale kompjûters. It rapport jout in frij detaillearre útstel foar de bou fan 'e masine, dat hat sûnt wurden bekend as de EDVAC. Se hie mar koartlyn is oprjochte yn Amearika, mar in ferslach hat ynspirearre de oprjochting fan 'e von Neumann EDSAC.

Maniacs en Joniacs

Yn 1947, Burks, Goldstein and von Neumann publisearre in oar rapport dêr't bidieken de oanlis fan in oar type auto (diskear parallel), dat soe eins wêze ekstreem fluch, steat, miskien, te fieren oant 20.000 operaasjes per sekonde. Se sein wurde dat it net fêststeande probleem yn 'e bou derfan wie de ûntwikkeling fan in geskikt ûnthâld, al de ynhâld fan dat moat wêze fuortendaliks beskikber. Earst, sy útsteld mei in spesjale vacuum buis, de saneamde Selectron, dat waard útfûn oan de Princeton laboratoarium. Sokke buizen binne djoer, en meitsje se hiel lestich, benammen as jo dit arsjitektuer. Von Neumann dêrnei besletten om it bouwen fan in auto basearre op Williams syn ûnthâld. Dizze masine, dy't foltôge waard yn juny 1952 oan de Princeton, is rûnom bekend maniac (of gewoan Maniacs). Syn ûntwerp wurdt ynspirearre troch de makkers op 'e bou fan' e heal-dozen of mear ferlykbere apparaten, dy't wurde no boud yn Amearika en rôp komyske Johniacs.

creation útgongspunten

Ien fan de meast moderne digitale kompjûters, embodying ûntwikkeling en ferbettering fan de technyk fan automatyske elektroanyske-berekkening is oantoand by de National Physical Laboratorium yn Teddington, dêr't it waard ûntwurpen en boud troch in lytse groep fan wiskundigen, yngenieurs en ûndersyk yngenieurs, mei de help fan in tal fan de produksje yngenieurs fan it Ingelske Electric Company Ltd. De apparatuer is noch wol yn it laboratoarium, mar inkeld as in prototype fan in folle gruttere plant, dy't stiet bekend as de Automatysk Computing Engine. Mar, nettsjinsteande de relatyf lyts gewicht en de ynhâld fan mar 800 thermionic kleppen, is it tige fluch en alsidich groeit masine.

Basis begripen en abstrakte útgongspunten berekkening mei help fan masines binne formulearre troch Dr. Turingmasine op grûn fan deselde Londen wiskunde mienskip yn 1936, mar wurkje op sokke masines yn it Feriene Keninkryk is fertrage troch de oarloch. Yn 1945, it ûndersyk fan 'e problemen fan it meitsjen fan sokke apparaten bleauwen by de Nasjonale Physical Laboratorium Dr. Vormsli, ynspekteur fan it Departemint fan de Wiskunde Laboratorium. Hy kaam by de Turingmasine en syn lyts team fan saakkundigen, en oan 'e 1947 foarriedige planning wie genôch foardere te rjochtfeardigjen it oprjochtsjen fan in spesjale groep.

De earste kompjûters op 'e von Neumann arsjitektuer

It earste projekt beskriuwt in regeling dat is brûkt troch in protte universiteiten en korporaasjes om te bouwen harren eigen kompjûters. Under harren, allinne ILLIAC ORDVAC en hawwe kombinearjen ynstruksje sets.

Klassike von Neumann arsjitektuer kriget yn Manchester lytse eksperimintele masine (ssem), bynamme Baby oan de Universiteit fan Manchester, dêr't makke syn earste súksesfolle lansearring fan it apparaat, dat hâldt it programma ûnthâld, 21 juny 1948.

EDSAC Universiteit fan Cambridge, de earste praktyske elektroanyske kompjûter fan dit soarte, waard lansearre mei súkses de earste kear yn maaie 1949.

De ûntwikkeling fan de makke modellen

IBM SSEC hie de mooglikheid om beskôgje de ynstruksjes as gegevens en waard it iepenbier oantoand 27 jannewaris, 1948. Dit fermogen wurdt fêstlein yn US Pat. Lykwols, it wie foar in part electromechanical masine, ynstee fan in folslein elektroanysk. Yn de praktyk, de ynstruksjes waarden lêzen fan papier tape fanwege syn beheind ûnthâld.

Baby wie de earste folslein elektroanyske kompjûter te rinne de bewarre programma. It eizenhoefer programma rûn foar 52 minuten, 21 juny 1948 nei begjinne en in ienfâldige berekkening snijt de berekkening dêr't bliken docht dat de twa nûmers binne coprime.

ENIAC waard wizige te wurkjen as in primityf kompjûter foar allinnich- lêze, mar op 'e selde arsjitektuer, en is oantoand troch septimber 16, 1948, en de lansearring fan Adele Goldstein programma organisearre mei help fan Von Neumann.

BINAC brocht ferskate test programma yn febrewaris, maart en april 1949, alhoewol't it noch net ôfmakke oant septimber 1949. Boppedat test rint waarden útfierd (guon suksesfol) oare elektroanyske kompjûters, dat is karakteristyk foar de arsjitektuer. Von Neumann, troch de wei, en fierder te wurkjen oan de "Manhattan" projekt. Dat is sa'n in alsidich man.

Evolúsje fan de bus systeem arsjitektuer

Fia de desennia, al yn 'e jierren '60 en '70, kompjûters yn it algemien wurden lytser en flugger, wat resultearret yn in evolúsje dy't ûndergien de computer arsjitektuer von Neumann. Bygelyks, de werjefte fan 'e ynput en output ûnthâld lit de oanbelangjende apparaten, gegevens, en ynstruksjes oer hoe't jo yntegrearje yn it systeem dat wurdt ferwurke, bliuwe yn it ûnthâld. In bus systeem kin brûkt wurde om te foarsjen in Modular systeem mei lytser. Dit wurdt soms neamd de "rasjonalisaasje" fan arsjitektuer. Yn lettere desennia, soms ienfâldige microcontrollers net brûke guon funksjes fan in typyske model om te ferminderjen de kosten en grutte. Mar grutte kompjûters folgje de oprjochte arsjitektuer, lykas se hawwe tafoege funksjes te ferbetterjen prestaasjes.