معماری فون نویمان: تاریخ وقوع مدت

معماری از فون نویمان، همچنین به عنوان مدل فون نویمان، یا معماری پرینستون شناخته شده است، بر اساس روش در سال 1945، ریاضیدان و فیزیکدان جان فون نویمان در گزارش "اولین پیش نویس" از EDVAC کامپیوتر است.

معماری مدار

این گزارش نشان نمودار معماری von Neumann از کامپیوتر دیجیتال را با قطعات متشکل از واحد پردازش، شامل:

• یک واحد حساب و منطق؛
• ثبت پردازنده؛
• واحد کنترل متشکل از ثبت نام آموزش و شمارنده برنامه؛
• یک حافظه برای ذخیره سازی داده ها؛
• دستگاه ذخیره سازی خارجی؛
• ورودی و خروجی مکانیزم.

معنای توسعه در این واقعیت است که هر گونه اطلاعات ذخیره شده بر روی کامپیوتر اطلاعات را می توان با این برنامه، که در آن عملیات، داده های انتخاب شده را نمی توان در همان زمان بازی، چرا که آنها یک اتوبوس مشترک استفاده بود. این است که در "اولین پیش نویس"، که فکر دانشمند در مورد آنچه که معماری باید توصیف ذکر شده است. فون نویمان به نام این وضعیت "تنگنا"، که اغلب عملکرد سیستم محدود می کند.

اصول معماری von Neumann

کامپیوتر دیجیتال - یک کامپیوتر، ذخیره سازی برنامه ای است که شامل دستورالعمل های برنامه، خواندن داده ها، نوشتن، و همچنین شامل حافظه با دسترسی تصادفی (RAM). اصول معماری توسط جان فون نویمان در کار خود مشخص "این پروژه اول است." به گفته وی، کامپیوتر های ذخیره شده در حافظه برنامه بهبود در کنترل کامپیوتر، مانند انیاک بود. در حالت دوم با تنظیم سوئیچ ها، و درج پچ، و در نتیجه مسیر یابی سیگنال داده ها و کنترل بین بلوک های مختلف عملکردی برنامه ریزی شده بود. در اکثریت قریب به اتفاق از حافظه نیز توسط کامپیوتر های مدرن در این راه استفاده می شود. بنابراین معماری کامپیوتر فون نویمان متفاوت است، برای مثال، از دانشگاه هاروارد، به طوری که آن را به حافظه اصلی و کش استفاده نمی کند.

ماقبل تاریخ

اولین کامپیوتر یک برنامه ثابت داده شد. برخی از کامپیوترها بسیار ساده هنوز هم این طرح و یا برای سادگی و یا آموزش اهداف استفاده کنید. به عنوان مثال، یک ماشین حساب رومیزی نیز یک کامپیوتر با یک برنامه ثابت. این می تواند با مبانی ریاضیات کار می کنند، اما می تواند به عنوان استفاده نمی شود از یک واژه پرداز ، و یا یک کنسول بازی. تغییر برنامه ماشین ثابت نیاز به سیم، بازسازی و یا سازماندهی مجدد از دستگاه. اولین کامپیوتر شد آنقدر باریک است، به عنوان آنها را برای اولین بار و برای مقاصد علمی توسعه یافته اند. برنامه ریزی مجدد بسیار دیرتر ظاهر و آن را یک فرایند دشوار بود، از بلوک نمودار و اسکناس و پایان دادن به طرح های دقیق. به خصوص دشوار روند نوسازی از کانال های بهبود ماشین فیزیکی بود. ممکن است نصب و راه اندازی سه هفته در انیاک و تلاش آن را به کار.

یک ایده جدید

با یک کامپیوتر، ذخیره سازی یک برنامه در حافظه، همه چیز تغییر کرده است. ذخیره شده در حافظه، آنها طراحی با مجموعه ای از دستورالعمل هستند. این به این معنی که دستگاه می توانید بلافاصله مجموعه ای از دستورالعمل به انجام محاسبات.

طراحی چنین برنامه مربوط به کد خود تغییر. یکی از اولین گیاهان برای چنین جسم نیاز به یک الگوریتم برای افزایش و یا در غیر این صورت تغییر آدرس بخش از دستورات بود. او دستی در طرح های اولیه قرار داده شد. این مهم کمتر شد هنگام ثبت شاخص و آدرس دهی غیر مستقیم ویژگی های مشترک برخوردار شده توسط معماری کامپیوتر ماشین آلات جان فون نویمان شد. سایر کاربردها - برای وارد کردن داده ها اغلب مورد استفاده در جریان دستورات با راه حل های فوری. اما کد خود اصلاح تا حد زیادی مورد انتقاد قرار گرفته به دلیل آن است که معمولا دشوار به درک و اشکال زدایی. علاوه بر این، او نیز ثابت می شود از نظر تولید مثل و ذخیره طرح از پردازنده های مدرن بی اثر است.

و توسط بزرگ، توانایی برای درمان دستورالعمل ها به عنوان داده ها - این چیزی است که اسمبلر، کامپایلر، اسمبلر، لودر و دیگر ابزار با اشیاء ممکن است از برنامه نویسی خودکار می باشد. پس به صحبت، به نوشتن برنامه هایی که نوشتن برنامه. در یک مقیاس کوچکتر، ورودی و خروجی عملیات در محدوده زمانی معین شدید مانند دستکاری BitBlt تصویر اولیه یا پیکسل و راس shader های در مدرن 3D، گرافیک، یافت شده است به بی اثر برای اجرای بدون تجهیزات کاربر.

توسعه یک مفهوم ذخیره شده در حافظه برنامه

ریاضیدان آلن تورینگ، که علاقه به مشکل از منطق ریاضی پس از سخنرانی ماکس نیومن در دانشگاه کمبریج بود، مقاله ای در سال 1936 نوشت، آن را در نسخه ای از لندن، انجمن ریاضی منتشر شد. در آن، او یک ماشین فرضی، که او به نام "ماشین محاسبات جهانی"، و که در حال حاضر به عنوان یک ماشین تورینگ جهانی شناخته شده است. که شامل هر دو دستورالعمل ها و داده ها، که ایجاد شد و معماری - او ذخیره سازی نامحدود (حافظه در اصطلاح مدرن) بود. فون نویمان با تورینگ در یک زمان آشنا شد که او به عنوان استاد مدعو در دانشگاه کمبریج در سال 1935 بود، و در این دوره از دفاع تز دکترای خود را در موسسه تورینگ را برای مطالعات پیشرفته در پرینستون (نیوجرسی) در 1936-1937.

به طور مستقل جی اکرت و Dzhon Mochli، که مدرسه انیاک مهندسی برق در دانشگاه پنسیلوانیا توسعه یافته، در مورد مفهوم دستگاه، که در برنامه ذخیره شده در حافظه در دسامبر سال 1943 نوشت. هنگامی که برنامه ریزی یک ماشین جدید، EDVAC، اکرت در ژانویه 1944 نوشت که آن را به داده ها و برنامه در دستگاه حافظه قابل آدرس جدید با استفاده از تاخیر جیوه فلزی ذخیره کنید. این اولین بار ساخت یک دستگاه عمل است که این برنامه در حافظه ذخیره شده اند پیشنهاد بود. در همان زمان، او و Mauchly از کار تورینگ (تصویر زیر) آگاه نبودند.

معماری کامپیوتر: اصل فون نویمان

فون نویمان در "پروژه منهتن" در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در، که مورد نیاز مقدار زیادی از محاسبات درگیر شد. این او را به پروژه در تابستان سال 1944 انیاک جلب کرد. او در آنجا بحث بر روی کامپیوتر EDVAC توسعه پیوست. در این گروه، او نوشت یک مقاله با عنوان "یک پیش نویس گزارش در مورد EDVAC»، بر اساس کار اکرت و Mauchly. این ناتمام بود که همکارش گلدشتاین پروژه با فون نویمان توزیع شده (توسط راه، اکرت و Mauchly این خبر شگفت زده شدند). این سند توسط ده ها تن از همکاران فون نویمان در امریکا و اروپا خواندن و تاثیر عمیقی بر مرحله بعدی توسعه کامپیوتر بود.

اصول اساسی معماری فون نویمان، همانطور که در مجموعه "پیش نویس اول،" به دست آورد محبوبیت گسترده ای، در حالی که تورینگ گزارش خود را در ماشین حساب های الکترونیکی است که جزئیات آن در مهندسی و برنامه نویسی شرح داده شده است پوشانده شده است. شده است اظهار داشت و ارائه ماشین نویسنده، که موتور محاسبه اتوماتیک (ACE) نامیده می شد. او آن را به کمیته اجرایی آزمایشگاه ملی فیزیک انگلیس در سال 1946 ارائه شده است. بعد از مدتی حتی اجرای موفقیت آمیز طرح های مختلف ACE تولید شد.

شروع پروژه

و پروژه اسناد فون نویمان و تورینگ یک رایانه ذخیره سازی در حافظه یک برنامه خاص، اما مقاله فون نویمان گردش خون بیشتر در جامعه به دست آورد، و معماری کامپیوتر به عنوان معماری جان فون نویمان شناخته شد.

در سال 1945، استاد نویمان، که پس از آن در مدرسه مهندسی در فیلادلفیا، جایی که او برای اولین بار انیاک ساخته شده بود کار می کرد، صادر شده از طرف همکاران خود را در طراحی منطقی از کامپیوترهای دیجیتال را گزارش کنید. این گزارش یک پیشنهاد نسبتا دقیق برای ساخت و ساز از ماشین است که از سال شناخته شده به عنوان EDVAC تبدیل فراهم می کند. او تا به حال تنها به تازگی در امریکا تاسیس شده است، اما یک گزارش ایجاد فون نویمان EDSAC الهام گرفته شده است.

دیوانگان و Joniacs

در سال 1947، Burks، گلدشتاین و فون نویمان گزارش دیگری که تحت پوشش ساخت و ساز از نوع دیگری از ماشین (در این زمان موازی)، که قرار بود بسیار سریع، قادر، شاید منتشر شده است، به حمل تا 20،000 عملیات در هر ثانیه. آنها اشاره کردند که مشکل حل نشده در ساخت و ساز آن را توسعه یک حافظه مناسب بود، تمام محتویات که باید بلافاصله در دسترس باشد. اول، آنها پیشنهاد به استفاده از یک لوله خلاء ویژه، به نام Selectron، که در آزمایشگاه پرینستون اختراع شد. چنین لوله گران قیمت هستند، و آنها را بسیار دشوار است، به خصوص اگر شما با استفاده از این معماری است. فون نویمان پس از آن تصمیم به ساخت یک خودرو بر اساس حافظه ویلیامز است. این دستگاه که در ماه ژوئن سال 1952 در پرینستون به پایان رسید، تبدیل شده است دیوانه وار به طور گسترده ای شناخته شده (و یا فقط دیوانگان). طراحی آن توسط سازندگان در ساخت و ساز از نیم دوجین یا دستگاه های مشابه بیشتر است، که در حال حاضر در امریکا ساخته شده است و به نام Johniacs کمیک الهام گرفته است.

اصول ایجاد

یکی از مهمترین و رایانه های دیجیتال مدرن، تجسم توسعه و بهبود در این روش از محاسبات الکترونیکی اتوماتیک شده است در آزمایشگاه ملی فیزیک در Teddington، که در آن طراحی و ساخته شده توسط یک گروه کوچک از ریاضی دانان، مهندسان و مهندسان تحقیق نشان داد، با کمک تعدادی از مهندسین تولید از انگلیسی برق شرکت آموزشی ویبولیتین تجهیزات است که هنوز هم در آزمایشگاه، اما تنها به عنوان یک نمونه اولیه از یک گیاه بسیار بزرگتر، که به عنوان موتور محاسبات خودکار شناخته شده است. اما، با وجود وزن نسبتا کوچک و محتوای تنها 800 سوپاپ گرمایونی، آن را یک دستگاه شمارش بسیار سریع و همه کاره است.

مفاهیم پایه و اصول انتزاعی محاسبه با استفاده از ماشین آلات توسط دکتر تورینگ بر اساس همان لندن، انجمن ریاضی در سال 1936 تهیه شده اما کار بر روی این ماشین ها در انگلستان شده است توسط جنگ به تعویق افتاد. در سال 1945، بررسی مشکلات ایجاد چنین دستگاه در آزمایشگاه ملی فیزیک دکتر Vormsli، سرپرست وزارت آزمایشگاه ریاضیات ادامه داد. او تورینگ و تیم کوچک خود را از کارشناسان پیوست و به 1947 برنامه ریزی اولیه به اندازه کافی پیشرفته برای توجیه ایجاد یک گروه خاص بود.

اولین کامپیوتر در معماری von Neumann

اولین پروژه یک طرح است که توسط بسیاری از دانشگاه ها و شرکت ها برای ساخت رایانه های خود استفاده می شده است. در میان آنها، تنها ILLIAC ORDVAC و مجموعه دستور العمل سازگار است.

کلاسیک معماری von Neumann در منچستر ماشین تجربی کوچک (SSEM) در نظرگرفته شده، بچه در دانشگاه منچستر، ساخته شده است که برای اولین بار از پرتاب موفقیت آمیز خود را از دستگاه که دارای حافظه برنامه، 1948 ژوئن 21 با نام مستعار.

دانشگاه EDSAC کمبریج، اولین کامپیوتر الکترونیکی عملی از این نوع، موفقیت اولین بار مه 1949 راه اندازی شد.

توسعه مدل های ایجاد شده

آی بی ام SSEC این فرصت را به در نظر گرفتن دستورالعمل به عنوان داده بود و علنا نشان داده شد 1948 ژانویه 27. این توانایی در ایالات متحده پت تأیید. با این حال، ماشین تا حدی الکترومکانیکی بود، به جای یک به طور کامل الکترونیکی. در عمل، دستورالعمل ها را از نوار کاغذی به دلیل حافظه محدود خود را خوانده شد.

کودک اولین کامپیوتر به طور کامل الکترونیکی بود برای اجرای برنامه ذخیره می شود. این فاکتور برنامه بعد از شروع و یک محاسبه ساده تقسیم محاسبه که نشان می دهد که دو عدد اول هستند فرار دقیقه 52، 21 ژوئن 1948.

انیاک به عنوان یک کامپیوتر ابتدایی برای فقط خواندنی کار اصلاح شد، اما در همان معماری، شده است و توسط 1948 سپتامبر 16 نشان داد، و راه اندازی برنامه آدل گلدشتاین سازمان یافته با کمک فون نویمان.

BINAC چندین برنامه آزمون در بهمن، اسفند و آوریل 1949 صرف، اگر چه آن را تا سپتامبر 1949 تکمیل نشده است. علاوه بر این، اجرا می شود آزمون (برخی از موفق) دیگر کامپیوتر های الکترونیکی است، که مشخصه از معماری انجام شد. فون نویمان، توسط راه، و همچنان به کار بر روی این پروژه «منهتن». که مانند یک مرد همه کاره است.

تکامل از معماری سیستم اتوبوس

از طریق دهه، در حال حاضر در 60S و 70S، کامپیوتر به طور کلی کوچکتر تبدیل شده اند و سریع تر، و در نتیجه یک تکامل است که تحت معماری کامپیوتر فون نویمان. به عنوان مثال، صفحه نمایش ورودی و خروجی حافظه اجازه می دهد تا دستگاه های مربوطه، داده ها و دستورالعمل در مورد نحوه ادغام در سیستم است که پردازش خواهد شد، در حافظه باقی می ماند. یک سیستم اتوبوس ممکن است مورد استفاده برای ارائه یک سیستم مدولار با کوچکتر است. این گاهی اوقات "عقلانی" معماری به نام. در دهه های بعدی، گاهی اوقات میکروکنترلرها ساده برخی از ویژگی های یک مدل معمولی به منظور کاهش هزینه و اندازه استفاده نکنید. اما رایانه بزرگ را دنبال معماری تاسیس، به عنوان آنها ویژگی های اضافه شده اند به منظور بهبود عملکرد.