Фон Нойманн архитектур: хугацаагаар үүссэн түүх

архитектур фон Нойманн нь, компьютерийн EDVAC тайланд "эхний төсөл" -д 1945, математикч, физикч Жон фон Нойманн-д заасан арга дээр үндэслэн мөн фон Нойманн загвар, эсвэл Принстоны архитектур гэж нэрлэдэг.

хэлхээний архитектур

тайлан эд анги, боловсруулах нэгжийн бүрдсэн бүрдсэн нь электрон компьютер фон Нойманн архитектур диаграммыг тодорхойлсон:

• арифметик логик нэгж;
• процессорын бүртгэл;
• зааварчилгаа бүртгэл, хөтөлбөрийн эсрэг бүрдсэн хяналтын нэгж;
• мэдээллийг хадгалах нь санах ойн;
• гадаад хадгалалтын төхөөрөмж;
• оролт, гаралтын механизм.

хөгжлийн утга компьютерийн мэдээлэл дээр хадгалсан ямар ч мэдээлэл хөтөлбөр, ямар үйл ажиллагаа, сонгож авсан мэдээлэл нь яг тэр үед, тоглож чадахгүй байгаа нь тэд нийтлэг автобусанд хуваалцах, учир нь ашиглаж болно гэж үнэндээ бүрдэж байв. Энэ нь "эхний төсөл", архитектур байх ёстой талаар эрдэмтэн бодлоо тайлбарлах дурдсан байна. Фон Нойманн энэ байдал "саад", ихэвчлэн систем үйл ажиллагааг хязгаарлана гэдэг.

фон Нойманн архитектур зарчим

Дижитал компьютер - компьютер, програм заавар, өгөгдөл унших, бичих бүрддэг, мөн Random Access Memory (RAM) нь хөтөлбөрийг хадгалах. Жон фон Нойманн өөр архитектурын зарчим нь түүний ажил тусгагдсан "анхны төсөл." Түүний хэлснээр, програм санах ойд хадгалагдсан компьютер ийм ENIAC шиг компьютер, хяналт гаруй сайжирсан байна. Сүүлийнх, свич тогтоох болон нөхөөсийг оруулах янз бүрийн үйл ажиллагааны блок хооронд өгөгдөл болон хяналт дохио чиглүүлэлтийн үр дүнд өөр программчилсан байна. санах ой дийлэнх нь мөн энэ аргаар нь орчин үеийн компьютер ашиглаж байна. Тиймээс компьютерийн архитектур фон Нойманн өөр өөр, жишээ нь, Харвардад ирсэн, тиймээс энэ нь гол, кэш санах ойг ашиглаж болохгүй вэ юм.

Эрьт урьдын түүх

Эхний компьютер тогтмол хөтөлбөр өгсөн байна. Зарим нь маш энгийн компьютер одоо ч гэсэн энэ загвар, энгийн болон сургалтын зориулалтаар ашигладаг. Жишээ нь, ширээний тооцоолуур нь тогтмол хөтөлбөр нь компьютер юм. Энэ нь математик үндсийг хамтран ажиллаж болно, гэхдээ энэ нь ашиглаж чадахгүй байгаа нь текст боловсруулагч , эсвэл тоглоом консол. тогтмол машин хөтөлбөрийг өөрчлөх аппаратын rewiring, бүтцийн өөрчлөлт, эсвэл дахин зохион байгуулалтанд шаарддаг. Эртний компьютер нь тэд анх удаа болон шинжлэх ухааны зориулалтаар боловсруулсан байна шиг нарийн биш байсан. Программчлана нэлээд хожуу гарсан ба энэ нь блок диаграм болон мөнгөн тэмдэгт болон дуусах нарийвчилсан загвар оноос хойш нь хөдөлмөр үйл явц юм. Ялангуяа хүнд хэцүү биеийн машин сэргээх сувгийн шинэчлэлийн үйл явц юм. Энэ нь ENIAC дээр гурван долоо хоног суурилуулах авч Хэрэв энэ нь ажиллахгүй болгох гэж оролдож болох юм.

Шинэ санаа

компьютер, санах ойд програмыг хадгалах, бүх зүйл өөрчлөгдсөн. санах ойд хадгалж, тэд заавар нь багц нь загвар юм. Энэ машин нь нэн даруй тооцоог хийх заавар багцыг авч болно гэсэн үг юм.

Ийм хөтөлбөрийн дизайн өөрийгөө өөрчлөх код холбоотой. Ийм обьект анхны ургамлын нэг нь нэмэгдүүлэх эсвэл тушаал, хаяг хэсгийг өөрчлөх нь алгоритм шаардлагатай байсан юм. Тэр эрт загвар нь гараар байрлуулсан байна. индекс бүртгэл болон шууд бус Жон фон Нойманн машин компьютерийн архитектур эзэмдүүлсэн нийтлэг шинж чанартай болсон хангахдаа энэ ач холбогдол багатай болсон. Бусад хэрэглээ - шууд шийдэл бүхий тушаалууд урсгалд өргөн хэрэглэгддэг өгөгдлийг оруулах. Харин их хэмжээгээр өөрийгөө өөрчлөх код нь ойлгож, дибаг хийх нь ихэвчлэн хэцүү байдаг, учир нь шүүмжилж байна. Үүнээс гадна, тэрээр бас орчин үеийн процессор нөхөн сэргээх, үржүүлэх болон түр тогтоогч схемийн хувьд үр дүнгүй болох нь батлагдсан.

Гэхэд, том, мэдээлэл гэх мэт зааврыг эмчлэх чадвар - энэ нь автоматаар програм боломжтой объект бүхий цуглуулагч, эмхэтгэгчид, угсрагч, ачигч болон бусад хэрэгслийг болгодог юм. Тиймээс хөтөлбөрийг бичих хөтөлбөр бичиж, ярьж байна. жижиг хэмжээний талаар, тухайлбал, орчин үеийн 3D-график командаар BitBlt, зураг залалт болон пикселийн болон оройн shaders гэж дахин дахин хүчтэй оролт, гаралт нь үйл ажиллагаа, хэрэглэгчийн тоног төхөөрөмж ямар ч ажиллуулах үр дүнгүй болох нь тогтоогдсон байна.

нь үзэл баримтлалын хөгжлийн хөтөлбөр санах ойд хадгалагдсан

Математикч Алан түлшээр, Кембрижийн их сургуулийн Макс Ньюман, лекц дараа математик логик асуудлыг сонирхож байсан, 1936 онд нэг нийтлэл бичсэн нь Лондонгийн Математикийн Нийгэмлэгийн хэвлэлд нийтэлсэн байсан. Хэрэв онд тэрээр хийсвэр машин, тэр "нийтийн тооцоолох машин" гэж нэрлэдэг, мөн одоо нийтийн түлшээр машин гэж нэрлэдэг тодорхойлсон байна. , Заавар аль аль нь мэдээлэл, бүтээсэн бөгөөд архитектур агуулагдсан - Тэр хязгааргүй хадгалалт (санах ой, орчин үеийн нэр томъёо нь) байсан юм. Тэр Кембрижийн дээр очиж профессор 1935 онд байхад фон Нойманн нэг удаа түлшээр танилцах, мөн болсон түлшээр 1936-1937 онд Princeton Нарийвчилсан судалгааны хүрээлэн (New Jersey) түүний докторын диссертаци хамгаалах явцад.

Бие даан Ji Presper Eckert болон Dzhon Mochli, Пенсильвани мужийн их сургуулийн Цахилгааны инженерийн ENIAC сургууль боловсруулж, арванхоёрдугаар 1943 санах ойд програмыг хадгалдаг машин үзэл баримтлал, тухай бичсэн юм. шинэ машин, EDVAC төлөвлөж үед Eckert нэгдүгээр 1944 онд бичсэн энэ нь металл мөнгөн ус саатал ашиглан шинэ төхөөрөмжийн хандаж санах ойд мэдээлэл, хөтөлбөр хадгалах болно гэсэн. Энэ нь анх удаа дадлага хийх машин санах ойд програмыг хадгалдаг байгуулах санал болгож байна байв. Үүний зэрэгцээ, тэр Mauchly түлшээр (доорх зурган дээр) ажлын талаар мэдэж байсан юм.

Компьютерийн архитектур: Фон Нойманн зарчим

Фон Нойманн Лос-Аламоссын үндэсний лабораторийн "Манхэттэн төсөл", тооцоолол нь асар их хэмжээний шаардлагатай оролцдог байв. Энэ нь 1944 оны ENIAC зун төсөлд түүнд татагддаг. Тэнд хөгжлийн EDVAC компьютер дээр хэлэлцүүлэг орсон байна. Энэ бүлгийн хүрээнд, тэр Eckert Mauchly болон ажил дээр үндэслэн, EDVAC »дээр" А эхний төслийг тайлан нэртэй цаас бичжээ. Түүний хамтран зүтгэгч Goldstein (замаар Eckert Mauchly ба энэ мэдээ үгнийх нь байсан) фон Нойманн төслийг тараасан үед дуусаагүй байсан юм. Энэхүү баримт бичиг нь Америк, Европт хамт олон фон Нойманн хэдэн арван уншиж, компьютерийн хөгжлийн дараагийн үе шат нь гүн гүнзгий нөлөө үзүүлсэн байна.

фон Нойманн архитектурын үндсэн зарчмууд,-д заасан "эхний төсөл," өргөн түгээмэл, түлшээр цахим тооцоолуур, инженер, програмчлал дээр дэлгэрэнгүй тайлбарласан байгаа дээр нь тайланг хамрагдсан байх үед олж авсан. Энэ нь заасан болон зохиогчийн машин, Автомат Computing Engine (ACE) гэж нэрлэдэг байсан танилцуулга хийсэн байна. Тэрээр 1946 онд Их Британийн Үндэсний Физик лабораторийн гүйцэтгэх хороонд нь танилцуулсан. Хэсэг хугацааны дараа янз бүрийн ACE загварыг ч амжилттай хэрэгжүүлэх үйлдвэрлэсэн байна.

төсөл эхлэх

Тэгээд фон Нойманн болон түлшээр баримт бичгийн төсөл нь санах ойд тодорхой хөтөлбөр хадгалах компьютер тайлбарлах болно, гэхдээ нийтлэл Фон Нойманн нийгэмд илүү их эргэлтийг хүрсэн, компьютерийн архитектур Жон фон Нойманн архитектур гэж нэрлэдэг болжээ.

1945 онд профессор Нойманн, дараа нь Филадельфи, тэр анх ENIAC баригдсан инженерийн сургуульд ажиллаж байсан түүний хамтран ажиллагсад нэрийн өмнөөс гаргасан, дижитал компьютер логик дизайн тайлагнах. тайлан машин, хойш EDVAC гэж нэрлэдэг болсон барих нэлээн дэлгэрэнгүй санал өгдөг. Тэрээр саяхан Америкт байгуулагдсан байсан боловч тайлан фон Нойманн EDSAC бий онгод байна.

Maniacs болон Joniacs

1947 онд Burks, Goldstein болон фон Нойманн секундэд 20,000 үйл ажиллагаанд хүртэл хийх, маш хурдан, чадалтай, магадгүй байх ёстой байсан машинд өөр төрлийн (энэ нь цаг хугацааны зэрэгцээ), барилгын хамрагдсан өөр нэг тайланг хэвлүүлсэн байна. Тэд энэ нь барилгын салбарт шийдэгдээгүй асуудал бүх агуулга нэн даруй бэлэн байх ёстой, тохиромжтой санах хөгжлийн байсан гэж тэмдэглэсэн байна. Нэгдүгээрт, тэд тусгай вакуум хоолой Selectron гэж нэрлэдэг, Принстоны лабораторид бүтээсэн, ашиглахыг санал болгосон. Ийм хоолой үнэтэй байдаг бөгөөд та энэ архитектур ашиглаж байгаа, ялангуяа, тэднийг маш хэцүү байна. Фон Нойманн дараа нь машин Williams-ийн санах ой дээр тулгуурласан барихаар шийджээ. Энэ машин нь, Princeton-д зургадугаар 1952 онд дууссан, олны танил MANIAC (эсвэл зүгээр л Maniacs) болж байна. Уг загвар нь одоо АНУ-д барьж байгаа бөгөөд комикс Johniacs гэж нэрлэдэг хагас хэдэн арван буюу түүнээс дээш ижил төхөөрөмж, барилга дээр бүтээгчдийн сүнслэгээр нөлөөлөгдсөн юм.

бий болгох зарчим

хамгийн сүүлийн үеийн дижитал компьютер нэг автомат цахим тооцооллын техник хөгжлийг сайжруулах биеллээ олсон Англи Электрик нь үйлдвэрлэлийн инженер хэд хэдэн тусламжтайгаар Teddington, энэ нь боловсруулж, математикч, инженер, судалгааны инженер жижиг бүлэг барьсан Үндэсний Физик лабораторийн харуулж байна Компани Ltd. тоног төхөөрөмж гэхдээ зөвхөн Автомат Computing Engine гэж нэрлэдэг бөгөөд нэлээн их хэмжээнийх үйлдвэр, нэг Эх загвар гэж лабораторид хэвээр байна. Гэхдээ зөвхөн 800 thermionic цорго нь харьцангуй бага жинтэй, агуулга байгаа хэдий ч, энэ нь маш хурдан, уян хатан тоолох машин юм.

машин ашиглан үндсэн ойлголт, хийсвэр зарчим тооцоо 1936 онд нэг Лондонгийн Математикийн Нийгэмлэгийн үндсэн дээр доктор түлшээр боловсруулж, харин Их Британи ийм машинууд дээр ажиллах дайны хойшлогдоод байна байна. 1945 онд ийм төхөөрөмжийг бий болгох асуудалд шалгалт Үндэсний Физик лаборатори, доктор Vormsli, Математик лабораторийн хэлтсийн ахлах дээр хэвээр байна. Тэр түлшээр болон мэргэжилтнүүдийн түүний жижиг багт элсэж, 1947 оны урьдчилсан төлөвлөлт нь тусгай бүлэг байгуулах үндэслэл хангалттай дэвшилтэт байсан юм.

фон Нойманн архитектур дээр анхны компьютер

Эхний төсөл нь өөрийн компьютер бүтээх нь олон их дээд сургууль, корпорациудын хэрэглэж ирсэн нь схемийг тайлбарлах болно. Тэдний дунд зөвхөн ILLIAC ORDVAC, нийцтэй заавар багц байдаг.

Сонгодог фон Нойманн архитектур Манчестерийн их сургууль, хөтөлбөр нь санах ой, Могой сарын 21 1948 эзэмшдэг төхөөрөмжийг анх удаа амжилттай нээлт хийсэн үед хүүхэд хочтой, Манчестер жижиг туршилтын машин (SSEM) шингэсэн байв.

Кембрижийн EDSAC Их Сургууль, энэ төрлийн анхны практик электрон компьютер, тавдугаар 1949 онд амжилттай анх удаа хөөргөсөн байна.

бий болгосон загвар боловсруулах

IBM-ийн SSEC өгөгдлийг зааврыг авч үзэх боломжтой болсон бөгөөд олон нийтэд оны нэгдүгээр сарын 27-1948 харуулж байна. Энэ чадвар нь АНУ-ын алгадах онд баталсан байна. Гэсэн хэдий ч, энэ нь биш харин бүрэн электрон илүү, хэсэгчлэн цахилгаан машин байсан юм. Бодит байдал дээр, заавар, учир нь түүний хязгаарлагдмал санах цаасан соронзон хальс нь уншиж байна.

Baby хадгалагдаж програм анх удаа бүрэн электрон компьютер байсан юм. Энэ нь факторинг хөтөлбөр нь 52 минут, 21 1948 оны зургадугаар сарын эхлэх, энгийн тооцоо хоёр тоо харилцан анхны байгааг харуулж байна тооцоо хувааж дараа гүйж.

ENIAC зөвхөн уншигдах нь командын компьютер шиг ажиллах өөрчлөгдсөн байсан ч нэг архитектур дээр, мөн оны есдүгээр сарын 16, 1948 он гэхэд батлагдсан бөгөөд Адель Goldstein хөтөлбөрийн нээлт фон Нойманн тусламжтайгаар зохион байгууллаа.

BINAC энэ оны есдүгээр сарын 1949 он хүртэл дууссан байсан юм хэдий ч, February, гуравдугаар, дөрөвдүгээр 1949 онд хэд хэдэн туршилтын хөтөлбөр зарцуулсан байна. Үүнээс гадна, туршилтын ажиллуулж (зарим нь амжилттай) бусад электрон компьютер, архитектурын шинж юм хийж байна. Фон Нойманн, замаар болон "Манхэттэн" төсөл дээр ажиллаж байлаа. Энэ нь ийм олон хүн байна.

автобусны систем архитектур хувьсал

Хэдэн арван жилийн дамжуулан аль хэдийн 60, 70-аад онд, ерөнхий компьютер жижиг илүү хурдан, компьютерийн архитектур фон Нойманн хийгдсэн нь хувьслын үр дүнд болж байна. Жишээ нь, оролт, гаралт нь санах ойн үзэсгэлэн холбогдох тоног төхөөрөмж, өгөгдөл, систем боловсруулсан болно руу хэрхэн уялдуулах талаар заавар, санах байх боломжийг олгодог. А автобусны систем нь жижиг нь модульчлагдсан системийг хангахын тулд ашиглаж болно. Энэ нь заримдаа архитектурын "оновчтой" гэж нэрлэдэг. Дараагийн арван жилд, заримдаа энгийн microcontrollers зардал, хэмжээг бууруулах зорилгоор ердийн загварыг зарим боломжуудыг хэрэглэж болохгүй. Харин том компьютер тэд гүйцэтгэлийг сайжруулах боломжуудыг нэмж байна гэж байгуулагдсан архитектур дагадаг.