Arkitettura Von Neumann: istorja tal-okkorrenza tat-terminu

L-arkitettura ta von Neumann, magħrufa wkoll bħala l-mudell von Neumann, jew l-arkitettura Princeton, ibbażata fuq il-metodu deskritt fl-1945, matematiku u fiżiku John von Neumann fir-rapport "L-ewwel abbozz" ta 'EDVAC kompjuter.

L-arkitettura ċirkwit

Ir-rapport iddeskriva l-arkitettura dijagramma von Neumann tal-kompjuter diġitali elettroniċi ma 'partijiet li jikkonsisti minn unitajiet għall-ipproċessar, li tinkludi:

• għandhom unità loġika aritmetika;
• reġistri ta 'l-proċessur;
• il unità ta 'kontroll li jinkludi f'reġistru ta' struzzjonijiet u l-kontro-programm;
• memorja għall-ħażna tad-dejta;
• mezz ta 'ħażna esterna;
• mekkaniżmi input u output.

It-tifsira ta 'żvilupp kien jikkonsisti fil-fatt li kull informazzjoni maħżuna fuq l-informazzjoni kompjuter jista' jintuża mill-programm, li fiha l-operazzjoni, id-data magħżula ma jistgħux jiġu lagħbu fl-istess ħin, minħabba li jaqsmu xarabank komuni. Huwa msemmi fil- "ewwel abbozz", li jiddeskrivi l-ħsieb xjenzat dwar dak arkitettura għandu jkun. Von Neumann imsejħa din is-sitwazzjoni "ostaklu", li spiss tillimita l-prestazzjoni tas-sistema.

Il-prinċipji ta 'arkitettura von Neumann

Diġitali tal-kompjuter - kompjuter, ħażna ta 'programm li jinkludi struzzjonijiet programm, qari tad-data, bil-miktub, u tinkludi wkoll memorja t'aċċess bl-addoċċ (RAM). Prinċipji ta 'Arkitettura minn John von Neumann deskritti fil-ħidma tiegħu "L-ewwel proġett." Skond hu, kompjuters maħżuna fil-memorja programm kienu titjib fuq il-kontroll ta 'kompjuters, bħal ENIAC. L-aħħar kien ipprogrammat billi jistabbilixxu l-qlib, u l-inserzjoni tal-garża, li jirriżulta routing sinjali tad-dejta u ta 'kontroll bejn il-blokki funzjonali varji. Fil-maġġoranza kbira tal-memorja huwa wkoll użat minn kompjuters moderni b'dan il-mod. Għalhekk arkitettura kompjuter von Neumann hija differenti, per eżempju, minn Harvard, b'tali mod li ma jużax l-memorja prinċipali u cache.

preistorja

L-ewwel kompjuters ingħataw programm fiss. Xi kompjuters sempliċi ħafna għadhom jużaw dan id-disinn jew għal għanijiet sempliċità jew taħriġ. Per eżempju, kalkulatur desktop huwa wkoll kompjuter bi programm fiss. Hija tista 'taħdem mal-punti bażiċi tal-matematika, iżda ma jistax jintuża bħala proċessur kelma , jew console għal-logħob. Nibdlu l-programm magna fissa teħtieġ rewiring, ristrutturar jew riorganizzazzjoni tal-apparat. Il-kompjuters kmieni ma kinux daqshekk dejqa, kif ġew żviluppati għall-ewwel darba u għal skopijiet xjentifiċi. Ipprogrammar mill-ġdid deher ħafna aktar tard u kien proċess impenjattiv, peress li l-dijagrammi blokk u karti tal-flus u jispiċċa disinji dettaljati. Speċjalment diffiċli kienet l-proċess ta 'modernizzazzjoni tal-kanali fiżiċi rkupru magna. Huwa jista 'jieħu installazzjoni tliet ġimgħat fuq ENIAC u jippruvaw jagħmluha taħdem.

Idea ġdida

Ma 'kompjuter, ħażna programm fil-memorja, kollox inbidel. Maħżuna fil-memorja, huma disinn ma 'sett ta' struzzjonijiet. Dan ifisser li l-magna jista 'immedjatament tikseb sett ta' struzzjonijiet biex iwettqu l-kalkolazzjonijiet.

Id-disinn ta 'programmi bħal dawn tirrigwarda l-kodiċi awto timmodifika. Waħda mill-ewwel impjanti għall-oġġett kien il-ħtieġa għal algoritmu li jżid jew inkella jibdlu l-parti indirizz ta 'kmandi. Kien mqiegħed manwalment fil-disinji kmieni. Dan sar inqas importanti meta r-reġistri indiċi u indirett indirizzar saret karatteristiċi komuni posseduti mill-arkitettura tal-kompjuter ta 'magni John von Neumann. Użi oħra - li daħħal id-data ta 'spiss użati fil-fluss ta' kmandi ma 'soluzzjonijiet immedjati. Iżda l-kodiċi awto timmodifika, sa ċertu punt kien ikkritikat minħabba li huwa normalment diffiċli biex jifhmu u debug. Barra minn hekk, huwa wkoll ippruvat li jkun ineffettiv f'termini ta 'skemi riproduzzjoni u caching ta proċessuri moderni.

Permezz u kbar, l-abbiltà għall-kura istruzzjonijiet tad-data - dan huwa dak li jagħmel muntaturi, kompilaturi, muntaturi, magni li jgħabbu u strumenti oħra ma 'oġġetti possibbli ta' programmazzjoni awtomatizzata. Biex ngħidu hekk, jiktbu programmi li jiktbu programmi. Fuq skala iżgħar, l-operazzjonijiet input u output intensa rikorrenti, bħal manipulazzjonijiet BitBlt-immaġni primittiv jew pixel u vertiċi shaders fil moderna 3D-grafika, instabu li jkun ineffettiv biex jimxu mingħajr tagħmir utent.

Iżvilupp ta 'kunċett maħżuna fil-memorja programm

Matematiku Alan Turing, li kellha interess fil-problema tal-loġika matematika wara Max Newman 's lectures fl-Università ta' Cambridge, kiteb artikolu fl-1936, ġie ppubblikat fl-edizzjoni tas-Soċjetà ta 'Londra fil-matematika. Fiha, huwa ddeskriva magna ipotetiku, li hu sejjaħ "magna computing universali", u li issa hija magħrufa bħala magna Turing universali. Hi kellha ħażna infinita (fit-terminoloġija moderna - memorja), li fihom kemm l-istruzzjonijiet u d-data, li nħoloq u l-arkitettura. Von Neumann sar familjari ma Turing fi żmien meta kien professur mistieden fil Cambridge fl-1935, u fil-kors tad-difiża dissertazzjoni dottorat tiegħu fl-Istitut Turing għall-Istudju Avvanzat ta 'Princeton (New Jersey) fil 1936-1937.

Indipendentement Ji Presper Eckert u Dzhon Mochli, li żviluppaw ENIAC Iskola of Electrical Engineering fl-Università ta 'Pennsylvania, kiteb dwar il-kunċett tal-magna, li jaħżen il-programm fil-memorja fil Diċembru 1943. Meta tippjana magna ġdida, il EDVAC, Oiapoque kiteb fil Jannar 1944 li se taħżen id-data u l-programmi fil-apparat tal-memorja indirizzabbli ġodda li jużaw dewmien merkurju metalliku. Kienet l-ewwel darba l-kostruzzjoni ta 'magna prattika li taħżen l-programm fil-memorja ġew proposti. Fl-istess ħin, huwa u Mauchly ma kinux konxji tal-ħidma tal Turing (stampa hawn taħt).

arkitettura tal-kompjuter: prinċipju Von Neumann

Von Neumann kien involut fil- "Proġett Manhattan" fil-Laboratorju Nazzjonali fil-Los Alamos, li kien jeħtieġ ammont kbir ta 'komputazzjoni. Huwa ġibed lilu għall-proġett fis-sajf tal-1944, l-ENIAC. Hemm ingħaqad-diskussjonijiet fuq il-kompjuter EDVAC iżvilupp. Fi ħdan dan il-grupp, huwa kiteb dokument bit-titolu "L-ewwel abbozz ta 'rapport dwar l-EDVAC", ibbażata fuq il-ħidma tal Oiapoque u Mauchly. Kien mhux mitmuma meta kollega tiegħu Goldstein mqassma proġett von Neumann (mill-mod, Oiapoque u Mauchly kienu storduti din l-aħbar). Dan id-dokument ġie jinqraw minn għexieren ta 'kollegi von Neumann fl-Amerika u l-Ewropa u kellha impatt profond fuq l-istadju li jmiss ta' żvilupp tal-kompjuter.

Il-prinċipji bażiċi ta 'arkitettura von Neumann, kif stabbilit fil- "ewwel abbozz," kisbu popolarità kbira, filwaqt li Turing koperti rapport tagħha fuq il-kalkulatur elettroniku, li ġiet deskritta fid-dettall fl-inġinerija u l-ipprogrammar. Ġie ddikjarat u l-preżentazzjoni tal-karozza tal-awtur, li kienet tissejjaħ l-Kompjuter magna Awtomatika (ACE). Huwa ppreżentat lill-kumitat eżekuttiv tal-Laboratorju Nazzjonali Fiżika British fl-1946. Wara filwaqt li anki l-implimentazzjoni b'suċċess tad-diversi disinji ACE ġew prodotti.

Bidu proġetti

U l-proġett ta 'dokumenti von Neumann u Turing jiddeskrivi kompjuter ħażna fil-memorja ta' programm speċifiku, iżda l-artikolu Von Neumann miksuba ċirkolazzjoni akbar fis-soċjetà, u l-arkitettura tal-kompjuter sar magħruf bħala l-arkitettura John von Neumann.

Fl-1945, il-Professur Neumann, li imbagħad ħadem fil-iskola inġinerija fl Philadelphia, fejn huwa l-ewwel ENIAC kienet mibnija, maħruġ f'isem kollegi tiegħu tirrapporta dwar id-disinn loġiku ta 'kompjuters diġitali. Ir-rapport jipprovdi proposta pjuttost dettaljat għall-kostruzzjoni tal-magna, li minn dakinhar ġie magħruf bħala l-EDVAC. Hija kienet m'ilhomx li ġew stabbiliti fl-Amerika, iżda rapport ispira l-ħolqien tal-von Neumann EDSAC.

Maniacs u Joniacs

Fl-1947, Burks, Goldstein u von Neumann ppubblikat rapport ieħor li kopra l-kostruzzjoni ta 'tip ieħor ta' karozza (din id-darba paralleli), li suppost kellha tkun estremament malajr, kapaċi, forsi, biex iġorru sa 20,000 operazzjonijiet kull sekonda. Huma nnotaw li l-problema mhux solvuta fil-kostruzzjoni ta 'dan kien l-iżvilupp ta' memorja adattat, l-kontenut tagħhom għandu jkun disponibbli immedjatament. L-ewwel, huma pproponiet li tuża tubu vakwu speċjali, imsejjaħ il-Selectron, li ġiet ivvintata fil-laboratorju Princeton. Tali tubi huma għaljin, u jagħmluhom diffiċli ħafna, speċjalment jekk inti qed tuża din l-arkitettura. Von Neumann sussegwentement iddeċieda li jibni karozza bbażata fuq il-memorja Williams. Din il-magna, li tlesta fl Ġunju 1952 'Princeton, saret Maniac magħrufa (jew biss Maniacs). Id-disinn tagħha huwa ispirat mill-ħallieqa fuq il-kostruzzjoni tal-nofs tużżana jew mezzi aktar simili, li issa qed jinbnew fl-Amerika u sejjaħ Johniacs komiks.

prinċipji ħolqien

Wieħed mill-aktar kompjuters diġitali moderni, li jinkorpora l-iżvilupp u t-titjib fil-teknika ta 'komputazzjoni elettronika awtomatika ntwera fil-Laboratorju Nazzjonali Fiżika fl Teddington, fejn li kienet iddisinjata u mibnija minn grupp żgħir ta' matematiċi, inġiniera u inġiniera ta 'riċerka, bl-assistenza ta' numru ta 'inġiniera produzzjoni mill-elettriku Ingliż Company Ltd It-tagħmir għadu fil-laboratorju, iżda biss bħala prototip ta 'impjant ħafna akbar, li huwa magħruf bħala l-Computing magna awtomatika. Iżda, minkejja l-piż relattivament żgħir u l-kontenut ta 'biss 800 valvi termjoniċi, huwa magna għadd estremament malajr u versatili.

Kunċetti bażiċi u prinċipji astratti kalkolu tħaddim ta 'magni ġew ifformulati minn Dr Turing fuq il-bażi tal-istess Soċjetà ta' Londra fil-matematika fl-1936, iżda jaħdmu fuq magni bħal dawn fir-Renju Unit ġiet posposta mill-gwerra. Fl-1945, l-eżami tal-problemi tal-ħolqien dawn il-mezzi kompla fil-Laboratorju Nazzjonali Fiżika Dr Vormsli, Supretendent tad-Dipartiment tal-Matematika Laboratorju. Hu ngħaqad mal-Turing u tim żgħir tiegħu ta 'esperti, u l-ippjanar preliminari 1947 kien avvanzat biżżejjed biex tiġġustifika l-istabbiliment ta' grupp speċjali.

L-ewwel kompjuters fuq l-arkitettura von Neumann

L-ewwel proġett jiddeskrivi skema li ġie użat minn ħafna universitajiet u korporazzjonijiet biex jibnu kompjuters tagħhom stess. Fost dawn, biss ILLIAC ORDVAC u jkollhom settijiet istruzzjoni kompatibbli.

Klassiku arkitettura von Neumann kien inkorporat f'Manchester magna sperimentali żgħira (SSEM), imlaqqam Baby fl-Università ta 'Manchester, li għamlet l-ewwel tnedija b'suċċess tagħha tal-mezz li jkollu l-memorja programm, Ġunju 21, 1948.

EDSAC Università ta 'Cambridge, l-ewwel kompjuter elettroniku prattika ta' dan it-tip, ġiet imnedija b'suċċess l-ewwel darba Mejju 1949.

L-iżvilupp tal-mudelli maħluqa

IBM SSEC kellu l-opportunità li tikkunsidra l-istruzzjonijiet kif informazzjoni u kien wera pubblikament Jannar 27, 1948. Din il-kapaċità hija affermat fl-Istati Uniti Pat. Madankollu, kien magna parzjalment elettromekkanika, aktar milli kompletament elettroniku. Fil-prattika, l-istruzzjonijiet kienu jinqraw minn tejp tal-karta minħabba l-memorja limitata tagħha.

Baby kienet l-ewwel kompjuter kompletament elettroniku biex imexxu l-programmi maħżuna. Hija programm factoring dam għal 52 minuta, 21 ġunju, 1948 wara li tibda u sempliċi kalkolu diviż il-kalkolu li juri li ż-żewġ numri huma coprime.

ENIAC ġiet modifikata biex jaħdmu bħala kompjuter primitive għall read-only, iżda fl-istess arkitettura, u tkun ġiet murija permezz 16 Settembru, 1948, u t-tnedija ta 'programm Adele Goldstein organizzati bl-għajnuna ta von Neumann.

BINAC jintefqu diversi programmi ta 'test fi Frar, Marzu u April 1949, għalkemm ma jkunx ġie komplut sakemm Settembru 1949. Barra minn hekk, ġirjiet tat-test twettqu (xi suċċess) kompjuters elettroniċi oħra, li huwa karatteristika tal-arkitettura. Von Neumann, mill-mod, u kompliet taħdem fuq il- "Manhattan" proġett. Li tali raġel versatili.

Evoluzzjoni tal-arkitettura tas-sistema bus

Permezz tal-għexieren ta 'snin, diġà fis-snin 60 u snin 70, il-kompjuters b'mod ġenerali saru iżgħar u aktar malajr, li jwassal għal evoluzzjoni li għadda l-arkitettura tal-kompjuter von Neumann. Per eżempju, il-wiri tal-memorja input u output tippermetti l rispettivi apparat, data u istruzzjonijiet dwar kif jintegraw fis-sistema li se tiġi pproċessata, jibqgħu fil-memorja. Sistema bus tista 'tintuża biex tipprovdi sistema modulari ma' iżgħar. Dan huwa xi kultant imsejjaħ il- "razzjonalizzazzjoni" tal-arkitettura. Fid-deċennji ta 'wara, xi kultant mikrokontrolluri sempliċi ma jużawx xi karatteristiċi ta' mudell tipiku sabiex titnaqqas l-ispiża u d-daqs. Iżda kompjuters kbar isegwu l-arkitettura stabbilita, peress li żiedu karatteristiċi biex itejbu l-prestazzjoni.