Von Neumann achitekti: istwa nan ensidan nan tèm nan

Achitekti nan nan von Neumann, konnen tou kòm modèl la von Neumann, oswa Princeton achitekti, ki baze sou metòd la ki dekri nan 1945, matematisyen ak fizisyen Jan von Neumann nan rapò a "bouyon an premye" nan yon EDVAC òdinatè.

Achitekti nan sikwi

Rapò a dekri von Neumann achitekti dyagram lan nan elektwonik òdinatè a dijital ak pati ki fòme ak inite pwosesis, comprenant:

• yon inite lojik aritmetik;
• anrejistre nan processeur a;
• inite a kontwòl comprenant yon enskri enstriksyon ak vann san preskripsyon nan pwogram;
• yon memwa pou estoke done;
• yon aparèy depo ekstèn;
• opinyon ak pwodiksyon mekanism.

Siyifikasyon an nan devlopman fèt nan lefèt ke ka nenpòt enfòmasyon ki estoke sou enfòmasyon nan òdinatè kapab itilize pa pwogram nan, nan ki operasyon an, done yo chwazi pa ka te jwe nan menm tan an, paske yo pataje yon otobis komen. Li se mansyone nan "premye bouyon an", ki dekri te panse a syantis sou sa achitekti ta dwe. Von Neumann rele sa a sitiyasyon "konstriksyon", ki souvan limite pèfòmans nan sistèm nan.

prensip yo nan von Neumann achitekti

Digital òdinatè - yon òdinatè, estoke yon pwogram ki konprann enstriksyon pwogram, lekti done, ekri, e li gen ladan tou o aza aksè memwa (RAM). Prensip Achitekti pa John von Neumann dekri nan travay li "Pwojè a an premye." Dapre l ', òdinatè ki estoke nan memwa nan pwogram te yon amelyorasyon sou kontwòl la nan òdinatè, tankou ENIAC. te Lèt la pwograme pa mete switch yo, epi ensèsyon nan patch la, sa ki lakòz routage done ak kontwòl siyal ant blòk yo divès kalite fonksyonèl. Nan a vas majorite de memwa se tou itilize pa òdinatè modèn nan fason sa. Se konsa achitekti òdinatè von Neumann se diferan, pou egzanp, ki soti nan Harvard, se konsa ke li pa sèvi ak memwa prensipal la ak kachèt.

pre-istwa

òdinatè yo an premye te ba yo yon pwogram fiks yo. Gen kèk òdinatè trè senp toujou itilize sa a konsepsyon oswa pou senplisite oswa fòmasyon rezon. Pou egzanp, yon kalkilatris Desktop se tou yon òdinatè ki gen yon pwogram fiks yo. Li ka travay avèk Basics yo nan matematik, men li pa kapab itilize yo kòm yon processeur mo , oswa yon jwèt konsole. Chanje pwogram nan machin fiks mande rewiring, restriktirasyon oswa reòganizasyon nan aparèy la. òdinatè yo pi bonè pa t 'konsa etwat, menm jan yo te devlope pou premye fwa ak pou rezon syantifik. Rprogramasyon parèt pita anpil epi li te yon pwosesis travayè, depi dyagram ki blòk ak biye epi k ap fini desen detaye. Espesyalman difisil te pwosesis la nan modènizasyon nan kanal yo fizik rekiperasyon machin. Li ka pran twa semèn enstalasyon sou ENIAC ak ap eseye fè li travay.

Yon lide nouvo

Avèk yon òdinatè, estoke yon pwogram nan memwa, tout bagay chanje. Ki estoke nan memwa yo, yo se konsepsyon ak yon seri enstriksyon. Sa vle di ke machin nan ka imedyatman jwenn yon seri enstriksyon pote soti nan kalkil yo.

Desen an nan pwogram sa yo gen rapò ak kòd la pwòp tèt ou-chanje. Youn nan plant yo an premye pou sa yo yon objè te yon bezwen pou yon algorithm ogmante oswa otreman chanje pati nan adrès nan kòmandman. Li te mete manyèlman nan desen bonè. Sa a te vin mwens enpòtan lè anrejistre endèks ak endirèk adrese te vin karakteristik komen posede pa achitekti nan òdinatè nan machin John von Neumann. Lòt itilizasyon - insert done souvan itilize nan kouran an nan kòmandman ak solisyon imedya. Men, gen kòd la pwòp tèt ou-chanje nan yon gwo limit te kritike paske li se anjeneral difisil pou konprann epi pou dbug. Anplis de sa, li tou te pwouve yo dwe efikas an tèm de repwodiksyon ak caching rapid nan processeurs modèn.

Yo ak gwo, kapasite nan trete enstriksyon kòm done - sa a se sa ki fè asanblaj, konpilateur, asanblaj, Mga ak lòt enstriman ak objè posib pou pwogram otomatik. Se konsa, yo pale, yo ekri pwogram ki ekri pwogram yo. Sou yon echèl ki pi piti, renouvlab entans opinyon ak pwodiksyon operasyon, tankou manipilasyon BitBlt-image primitif oswa pixel ak somè chèyder nan modèn 3D-grafik, yo te jwenn yo dwe efikas nan kouri san yo pa ekipman itilizatè.

Devlopman nan yon konsèp ki estoke nan memwa nan pwogram

Matematisyen Alan Turing, ki te gen yon enterè nan pwoblèm nan nan lojik matematik apre konferans Max Newman a nan Cambridge University, te ekri yon atik nan 1936, li te pibliye nan edisyon an nan matematik Sosyete a Lond. Nan li, li te dekri yon machin ipotetik, ki li te rele "inivèsèl informatique machin", ak ki se kounye a ke yo rekonèt kòm yon Turing machin inivèsèl. Li te gen enfini depo (nan tèminoloji modèn - memwa), ki genyen tou de enstriksyon ak done, ki te kreye ak achitekti a. Von Neumann te vin konnen ak Turing nan yon moman lè li te yon pwofesè vizite nan Cambridge nan 1935, ak nan kou a nan defann tèz doktora l 'nan Enstiti a Turing pou Etid Avanse nan Princeton (New Jersey) nan 1936-1937.

Poukont Ji Presper Eckert ak Dzhon Mochli, ki moun ki devlope ENIAC Lekòl nan Jeni Elektrik nan University of Pennsylvania, ekri sou konsèp la nan machin lan, ki magazen pwogram nan nan memwa nan mwa desanm 1943. Lè y ap planifye yon machin nouvo, EDVAC a, Eckert te ekri nan mwa janvye 1944 ke li pral magazen done yo ak pwogram nan nouvo aparèy memwa a adressable lè l sèvi avèk reta metalik twòp mèki. Li te premye fwa a te konstriksyon an nan yon machin pratik ki estoke pwogram nan nan memwa te pwopoze a. An menm tan an, li menm ak Mauchly pa t 'okouran de travay la nan Turing (foto anba a).

achitekti konpitè: Von Neumann prensip

Von Neumann te enplike nan "Manhattan Pwojè a" nan laboratwa Nasyonal la nan Los Alamos, ki egzije yon kantite lajan gwo kalkil. Li atire l 'nan pwojè a nan sezon lete an la 1944 ENIAC. Se la li mete diskisyon yo sou òdinatè nan devlopman EDVAC. Nan gwoup sa a, li te ekri yon papye ki rele "Yon rapò bouyon premye sou EDVAC» a, ki baze sou travay la nan Eckert ak Mauchly. Li te fini lè kolèg li Goldstein distribiye pwojè ak von Neumann (bò wout la, Eckert ak Mauchly te etoudi mesye nouvèl sa a). gen dokiman sa a li pa plizyè douzèn nan kòlèg von Neumann nan Amerik ak Ewòp ak te gen yon enpak byen panse sou etap nan pwochen nan devlopman òdinatè.

prensip debaz yo nan von Neumann achitekti, kòm fikse nan "premye bouyon an," te vin jwenn lajè popilarite, pandan y ap Turing kouvri rapò li sou kalkilatris a elektwonik, ki te dekri yo an detay nan jeni a ak pwogramasyon. Li te deklare ak prezantasyon nan machin otè a, ki te rele Otomatik Computing motè a (ACE). Li prezante l 'bay komite egzekitif la nan Britanik Nasyonal laboratwa a fizik nan 1946. Apre yon ti tan menm aplikasyon an siksè nan desen yo ACE divès kalite yo te pwodwi.

kòmanse pwojè

Apre sa, pwojè a nan von Neumann ak Turing dokiman dekri yon òdinatè estoke nan memwa yon pwogram espesifik, men atik la Von Neumann reyalize pi gwo sikilasyon nan sosyete a, ak achitekti òdinatè te vin rekonèt kòm Jan von Neumann achitekti.

Nan 1945, Pwofesè Neumann, ki moun ki Lè sa a, te travay nan lekòl la jeni nan Philadelphia, kote li te premye ENIAC te bati, ki te pibliye sou non kòlèg li rapò sou desen an ki lojik nan òdinatè dijital. Rapò a bay yon pwopozisyon san patipri detaye pou konstriksyon an nan machin nan, ki te depi vin li te ye tankou EDVAC la. Li te sèlman dènyèman te etabli nan Amerik, men li te yon rapò enspire kreyasyon an von Neumann EDSAC la.

Manyak ak Joniacs

Nan 1947, Burks, Goldstein ak von Neumann pibliye yon lòt rapò ki kouvri konstriksyon an nan yon lòt kalite machin (tan sa a paralèl), ki te sipoze yo dwe trè vit, ki kapab, petèt, yo pote jiska 20,000 operasyon pou chak dezyèm. Yo te note ke pwoblèm nan ki pako rezoud nan konstriksyon an nan li te devlopman nan yon memwa apwopriye, tout sa ki ladan yo dwe disponib imedyatman. Premye yo, yo pwopoze yo sèvi ak yon tib vakyòm espesyal, ki rele Selectron la, ki te envante nan laboratwa a Princeton. tib sa yo chè, epi fè yo trè difisil, espesyalman si w ap lè l sèvi avèk achitekti sa a. Von Neumann imedyatman deside bati yon machin ki baze sou memwa Williams la. Sa a te machin, ki te fini nan mwa jen 1952 nan Princeton, vin lajman li te ye Maniac (oswa jis manyak). Se konsepsyon li yo enspire pa créateur yo sou konstriksyon an nan mwatye douzèn a-oswa aparèy ki bay plis ki similè yo, ki kounye a yo te bati nan Amerik epi yo rele Johniacs komik.

prensip kreyasyon

Youn nan pi òdinatè yo modèn dijital, konportman devlopman ak amelyorasyon nan teknik la nan otomatik kalkil elektwonik te demontre nan laboratwa a fizik Nasyonal la nan Teddington, kote li te fèt ak bati pa yon ti gwoup Matematisyen, enjenyè ak enjenyè rechèch, avèk asistans la nan yon kantite enjenyè pwodiksyon soti nan elektrik nan lang angle konpayi Ltd Ekipman an se toujou nan laboratwa a, men se sèlman kòm yon pwototip nan yon plant pi gwo, ki se ke yo rekonèt kòm Computing motè a Otomatik. Men, malgre pwa a relativman ti ak kontni nan sèlman 800 tiyo thermionic, li se yon machin konte trè vit ak versatile.

te konsèp debaz ak prensip abstrè kalkil lè l sèvi avèk machin te formul pa Dr Turing sou baz la an menm London Mathematical Society a nan 1936, men travay sou machin sa yo nan UK a ki te anreta akòz lagè a. Nan 1945, egzamen an nan pwoblèm ki gen nan kreye pi aparèy sa yo kontinye nan Nasyonal laboratwa fizik Dr Vormsli a, Sipèentandan nan Depatman an nan Matematik laboratwa. Li Joined Turing a ak ti ekip li a de ekspè nan, ak 1947 planifikasyon an preliminè te ase avanse yo jistifye etablisman an nan yon gwoup espesyal.

òdinatè yo an premye sou achitekti a von Neumann

Pwojè a premye dekri yon konplo ki te itilize pa inivèsite anpil ak kòporasyon yo bati òdinatè pwòp yo. Nan mitan yo, se sèlman ILLIAC ORDVAC epi yo gen konpatib kouche enstriksyon.

Klasik von Neumann achitekti te incorporée nan Manchester ti machin eksperimantal (SSEM), surnome ti bebe nan University of Manchester, sa ki te fè premye li yo lansman siksè nan aparèy la ki kenbe memwa a pwogram, 21 jen 1948.

EDSAC University of Cambridge, premye pratik elektwonik òdinatè a nan sa a kalite, te lanse avèk siksè premye fwa a nan mwa me 1949.

Devlopman nan nan modèl yo kreye

IBM SSEC te genyen opòtinite pou yo konsidere enstriksyon yo kòm done e li te piblikman demontre, 27 janvye 1948. se kapasite sa a sètifye nan peyi Etazini breve. Sepandan, li te pasyèlman ELECTROMECHANICAL machin, olye ke yon konplètman elektwonik. Nan pratik, enstriksyon yo te li nan tep papye paske nan memwa limite li yo.

Ti bebe te premye òdinatè a konplètman elektwonik nan kouri pwogram yo estoke. Li faktè pwogram kouri pou 52 minit, 21 jen 1948 apre yo fin kòmanse ak yon kalkil senp divize kalkil la ki montre ke de nonb yo se coprime.

ENIAC te modifye nan travay kòm yon òdinatè primitif pou Read-Only, men sou achitekti a menm, e li te demontre pa Septanm 16, 1948, ak lansman an nan pwogram Adele Goldstein òganize avèk èd nan von Neumann.

BINAC pase pwogram tès plizyè nan mwa fevriye, Mas ak Avril 1949, byenke li pa te fini jiska Septanm 1949. Anplis de sa, kouri tès yo te pote soti (kèk siksè) lòt òdinatè elektwonik, ki se karakteristik nan achitekti a. Von Neumann, nan chemen an, ak kontinye ap travay sou pwojè a "Manhattan". Sa a se tankou yon nonm versatile.

Evolisyon nan achitekti nan sistèm otobis

Atravè deseni ki, ki deja nan 60s yo ak 70s, òdinatè an jeneral te vin pi piti ak pi vit, sa ki lakòz yon evolisyon ki te sibi achitekti nan òdinatè von Neumann. Pou egzanp, ekspozisyon an nan opinyon ak pwodiksyon memwa a pèmèt respektif aparèy, done, ak enstriksyon yo sou kòman yo entegre nan sistèm nan ki pral trete, rete nan memwa. Ou ka jwenn yon sistèm otobis dwe itilize yo bay yon sistèm modilè ak pi piti. Sa a se pafwa yo rele "rasyonalizasyon a" nan achitekti. Nan deseni ki vin apre epi, pafwa, mikrokontroleur senp pa sèvi ak kèk karakteristik nan yon modèl tipik nan lòd yo diminye pri a ak gwosè. Men, òdinatè gwo swiv achitekti a etabli, menm jan yo te ajoute karakteristik amelyore pèfòmans.