Von Neumann mimarisi: terimin geçtiği tarihçesi

mimari von Neumann'ın, bir bilgisayar EDVAC'ın raporu "ilk taslak" in 1945, matematikçi ve fizikçi John von Neumann açıklanan yönteme dayalı da von Neumann modeli veya Princeton mimarisi olarak bilinen.

devre mimarisi

Rapor parçalar, işleme ünitesinden oluşan içeren elektronik dijital bilgisayar von Neumann mimarisi şeması tarif:

• bir aritmetik mantık ünitesi;
• İşlemcinin kayıt;
• bir talimat kaydı ve program sayacı içeren kontrol ünitesi;
• veri depolamak için bir hafıza;
• Harici depolama aracı;
• giriş ve çıkış mekanizmaları.

Gelişmenin anlamı bilgisayar bilgilerine saklanan herhangi bir bilgi ortak bir otobüse paylaştığı için operasyon, seçilmiş veri, aynı anda çalınamaz hangi program tarafından kullanılabileceğini aslında oluşuyordu. Bu mimari ne olması gerektiği hakkında bilim adamı düşünce açıklanır "ilk taslağı", bahsedilmiştir. Von Neumann genellikle sistemin performansını sınırlayan bu durumun "darboğaz" olarak adlandırılan.

Von Neumann mimarisi ilkeleri

Dijital bilgisayar - Bir bilgisayar programı talimatları, veri okuma, yazma içerir ve bu da rasgele erişim belleği (RAM) içeren bir program saklama. John von Neumann tarafından Mimarlık İlkeleri eserinde özetlenen "ilk projesi." Ona göre, program belleğinde saklanan bilgisayarlar böyle ENIAC olarak bilgisayar, kontrolü üzerinde bir gelişme idi. ikinci çeşitli işlevsel bloklar arasında veri ve kontrol sinyalleri yönlendirme sonuçlanan ayar anahtarları ve yama yerleştirilmesi ile programlandı. belleğin büyük çoğunluğunda da bu şekilde çağdaş bilgisayarlar tarafından kullanılır. Böylece bilgisayar mimarisi ana ve önbellek bellek kullanmaz böylece von Neumann, Harvard, örneğin, farklı.

tarih öncesi

İlk bilgisayarlar sabit bir program dahilinde verildi. Bazı çok basit bilgisayarlar hala bu tasarım veya basitlik veya eğitim amaçlı kullanıyoruz. Örneğin, bir masaüstü hesap makinesi ayrıca sabit bir programla bir bilgisayardır. Bu matematik temelleri ile çalışabilir, ama o kadar kullanılamaz bir kelime işlemci ya da bir oyun konsolu. sabit makine programı değiştirme cihazının yeniden kablolama, yeniden yapılandırılması ya da yeniden düzenlenmesi gerekir. ilk kez ve bilimsel amaçlar için geliştirilmiştir olarak en erken bilgisayarlar, bu nedenle dar değildi. Yeniden programlanması çok daha sonra ortaya çıktı ve o blok diyagramlar ve banknot ve bitiş detaylı tasarımlar beri, bir zahmetli bir süreç oldu. Özellikle zor fiziksel makine kurtarma kanallarının modernizasyonu süreciydi. Bu ENIAC, üç hafta yüklemeyi alıp o iş yapmak için çalışıyor olabilir.

Yeni bir fikir

bir bilgisayar ile, bellekte bir program depolamak, her şey değişti. bellekte depolanmış, bunlar bir dizi talimat ile tasarım vardır. Bu makine hemen hesaplamaları yapmak bir dizi talimat almak anlamına gelir.

Bu tür programların tasarım, kendini geliştiren kodu ile ilgilidir. Böyle bir nesne için ilk tesislerinden biri artırmak veya başka şekilde komutların adres bölümünü değiştirmek için bir algoritma ihtiyaç oldu. Erken tasarımlarda el konulmuştur. indeks kayıtları ve dolaylı John von Neumann makinelerin bilgisayar mimarisi sahip oldukları ortak özellikleri haline adresleme işlem daha az önemli hale geldi. Diğer kullanımlar - acil çözümler komutlar akışında sık kullanılan veri eklemek. bunu anlamak ve ayıklamak için genellikle zordur çünkü büyük ölçüde kendiliğinden modifiye kod eleştiriliyor. Buna ek olarak, aynı zamanda modern işlemcilerin üreme ve önbelleğe alma düzenleri bakımından etkisiz olduğunu kanıtladı.

Ve büyük, veri olarak talimat tedavi etme yeteneği - bu otomatik programlama olası nesnelerle assemblers, derleyiciler, montajcıları, yükleyiciler ve diğer enstrümanlar kılan budur. Yani programlar yazmak programlar yazmak için, caizse. Daha küçük bir ölçekte, bu tür modern bir 3D-grafik ilkel BitBlt görüntü manipülasyonları veya nokta ve tepe tarayıcıları olarak tekrarlayan yoğun giriş ve çıkış işlemleri, kullanıcı ekipmanı olmadan çalıştırmak için etkisiz olduğu bulunmuştur.

Bir kavramın geliştirilmesi programı hafızasında kayıtlı

Matematikçi Alan Turing, Cambridge Üniversitesi'nde Max Newman'ın dersler sonrasında matematiksel mantık sorunu bir ilgi vardı, London Mathematical Society sayısında yayımlandı, 1936 yılında bir makale yazdı. Bu kitapta o "evrensel bilgi işlem makinası" olarak adlandırılan ve şimdi evrensel Turing makinesi olarak bilinen kuramsal makine, tanımladı. Her iki talimatları ve verileri, oluşturulmuş ve mimari içeriyordu, - O (bellek, modern terminolojide) sonsuz depolama vardı. Von Neumann Cambridge Üniversitesi'nde misafir öğretim 1935 yılında iken bir anda Turing aşina ve oldu 1936-1937 yılında Princeton İleri Araştırmalar Turing Kurumu (New Jersey) yaptığı doktora tezinin içinde açılabilir.

Bağımsız Pennsylvania Üniversitesi'nde Elektrik Mühendisliği ENIAC Okulu geliştirilen Ji Presper Eckert ve Dzhon Mochli, Aralık 1943 bellekte programı saklayan makinenin konsepti, hakkında yazdı. Yeni makinesi, EDVAC planlarken, Eckert o metalik civa gecikme kullanarak yeni cihaz adreslenebilir hafızasında veri ve programları depolayabilen edeceğini Ocak 1944 yazdım. Bu bellekte programı saklayan bir uygulama makinesinin inşaat önerilmiştir ilk kez oldu. Aynı zamanda, o ve Mauchly'nin Turing (aşağıdaki resim) çalışmaları farkında değillerdi.

Bilgisayar mimarisi: Von Neumann prensibi

Von Neumann hesaplama büyük miktarda gerekli Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda "Manhattan Projesi" de yer aldı. Bu 1944 ENIAC yazında projeye onu çekti. Orada geliştirme EDVAC bilgisayarda tartışmaları katıldı. Bu grup içinde, o Eckert ve Mauchly çalışmalarına dayanarak, EDVAC »üzerinde "Bir ilk taslak raporu başlıklı bir makale yazdı. meslektaşı Goldstein (bu arada, Eckert ve Mauchly bu haberi hayrete düşürdü) von Neumann ile projeyi dağıtılan zaman bitmemiş oldu. Bu belge Amerika ve Avrupa'da arkadaşları von Neumann onlarca tarafından okunan ve bilgisayar gelişiminin sonraki aşamada üzerinde derin bir etkisi oldu edilmiştir.

Turing mühendislik ve programlama ayrıntılı olarak tarif edilmiştir elektronik hesap makinesi, ilgili hazırladığı raporu kaplı iken von Neumann mimarisinin temel ilkeleri, ortaya konan "ilk taslağı," geniş bir popülerlik kazanmıştır. Bu ifade ve Otomatik Bilgi İşlem Engine (ACE) denirdi yazarın araba, sunumu olmuştur. O 1946 yılında İngiliz Ulusal Fizik Laboratuarı icra kurula sundu. Bir süre sonra çeşitli ACE tasarımları bile başarılı bir şekilde uygulanması üretildi.

projeleri başlat

Ve von Neumann ve Turing belgelerin proje belleğinde belirli bir programı saklayan bir bilgisayar açıklar, ancak makale Von Neumann toplumda büyük dolaşımını elde ve bilgisayar mimarisi John von Neumann mimarisi olarak tanındı.

1945 yılında, meslektaşlarının adına çıkarılan sonra ilk ENIAC inşa edildi Philadelphia, mühendislik okulunda çalıştı Profesör Neumann, dijital bilgisayarların mantıksal tasarımı hakkında rapor. Raporda beri EDVAC'ın olarak bilinen haline gelmiştir makinenin yapımı için oldukça detaylı öneri sağlar. O sadece son zamanlarda Amerika'da kurulmuş olan, ancak bir rapor von Neumann EDSAC yaratılmasına ilham kaynağı olmuştur.

Manyaklar ve Joniacs

1947 yılında, Burks, Goldstein ve von Neumann saniyede 20.000 operasyonlar kadar taşımak, belki de yetenekli, son derece hızlı olması gerekiyordu arabanın başka bir tür (bu sefer paralel), yapımını kaplı başka bir rapor yayınladı. Onlar yapımında çözülmemiş sorun tüm içeriği derhal bulunmalıdır uygun bir hafıza geliştirme olduğuna dikkat çekti. İlk olarak, Princeton laboratuvarında icat edilmiştir Selectron adı verilen özel bir vakum borusu, kullanılması önerilmektedir. Böyle tüpler pahalıdır ve bu mimariyi kullanan, özellikle onları çok zorlaştırır. Von Neumann sonradan Williams'ın hafızasına göre araba inşa etmeye karar verdi. Princeton'da Haziran 1952'de tamamlanan bu makine, yaygın olarak bilinen MANIAC (ya da sadece Maniacs) haline gelmiştir. Tasarımı şimdi Amerika'da yerleşik ve çizgi Johniacs denilen ediliyor yarım düzine veya daha fazla benzer cihazlar, inşaat yaratıcıları esinlenmiştir.

oluşturma prensipleri

Otomatik elektronik hesaplama tekniği geliştirme ve iyileştirme somutlaştıran en modern dijital bilgisayarlar biri olan İngiliz Electric üretim mühendisleri bir dizi yardımıyla, o tasarlanmış ve matematikçiler, mühendisler ve araştırma mühendisleri küçük bir grup tarafından yaptırılmıştır Teddington, Ulusal Fizik Laboratuvarı'nda gösterilmiştir Company Ltd. Ekipman ama sadece Otomatik Bilgi İşlem Altyapısı olarak bilinen çok daha büyük bir tesisin, bir prototip olarak, laboratuvarda hala. Ama, sadece 800 termiyonik vanalar nispeten küçük ağırlık ve içeriğine karşın, son derece hızlı ve çok yönlü sayma makinesidir.

makineleri kullanılarak temel kavramlar ve soyut ilkeler hesaplama 1936 yılında aynı London Mathematical Society temelinde Dr. Turing tarafından formüle ancak savaşın ertelendi İngiltere'de böyle makinelerde çalışmak edilmiştir. 1945 yılında bu tür cihazları yaratma sorunlarının incelenmesi Milli Fizik Laboratuarı Dr. Vormsli, Matematik Laboratuvarı Bölümü İdare devam etti. O Turing'in triptik ve uzmanların yaptığı küçük bir ekip katıldı ve 1947 ön planlama için özel bir grubu kurulmasını gerektirecek kadar ilerlemiş oldu.

Von Neumann mimarisine ilk bilgisayarlar

İlk proje kendi bilgisayarlar hazırlamak üzere birçok üniversite ve şirketler tarafından kullanılmış olan bir düzeni tarif etmektedir. Bunlar arasında, sadece ilyak ORDVAC ve uyumlu talimat kümeleri vardır.

Klasik von Neumann mimarisi programı belleği 1948 21 Haziran tutan cihazın ilk başarılı lansman yapılan Manchester Üniversitesi'nde, Baby lakaplı Manchester küçük deneysel makine (SSEM) somutlaştı.

Cambridge EDSAC Üniversitesi, bu tür ilk pratik elektronik bilgisayar, Mayıs 1949'da başarıyla ilk kez başlatıldı.

oluşturulan modellerin geliştirilmesi

IBM SSEC veri olarak talimatlar dikkate almak fırsatı buldu ve kamuya Ocak 27, 1948 gösterilmiştir. Bu özellik, ABD Patenti teyit edilir. Bununla birlikte, bu oldukça tamamen elektronik daha kısmen elektromekanik makine oldu. Uygulamada, talimatlar nedeniyle sınırlı bellek kağıt banttan okunmuştur.

Bebek saklanan programları çalıştırmak için ilk tam elektronik bilgisayar oldu. Bu faktoring programı başlatma ve iki sayı aralarında asal olduğunu göstermektedir hesaplama bölen basit hesaplama sonrasında 1948 21 Haziran 52 dakika boyunca koştu.

ENIAC salt okunur bir ilkel bilgisayar olarak çalışmak üzere modifiye fakat aynı mimariye ve 16 Eylül 1948 tarafından kanıtlanmıştır, ve Adele Goldstein programının başlatılması von Neumann yardımıyla düzenlendi.

o Eylül 1949 yılına kadar tamamlanamadı rağmen BINAC, Şubat, Mart ve Nisan 1949'da birkaç test programlarını geçirdi. Buna ek olarak, test çalışmaları mimarisinin özelliğidir (bazı başarılı) diğer elektronik bilgisayar, gerçekleştirilmiştir. Von Neumann, bu arada, ve "Manhattan" projesi üzerinde çalışmaya devam etti. Yani böyle çok yönlü bir adam.

Otobüs sistemi mimarisi evrimi

yıllar boyunca, zaten 60'lar ve 70'lerde, genel olarak bilgisayarlar, bilgisayar mimarisi von Neumann uğramış bir evrim sonucunda daha hızlı daha küçük hale gelir ve gelmiş. Örneğin, giriş ve çıkış bellek ekran işlenecektir sisteme entegre nasıl ilgili cihazlar, veri ve talimatlar, bellekte kalır sağlar. Bir otobüs sistemi daha küçük sağlayan modüler bir sistem sağlamak üzere kullanılabilir. Bu bazen mimarlık "rasyonalizasyon" denir. Sonraki yıllarda, bazen basit mikrodenetleyiciler maliyetini ve boyutunu azaltmak için tipik bir modelin bazı özellikleri kullanmayın. onlar performansını artırmak için özellikler ekledik olarak Ama büyük bilgisayarlar, kurulan mimarisini izleyin.