Koje je načelo von Neumannove arhitekture? Kako radi von Neumannov stroj?

Danas je teško povjerovati, ali računala, bez kojih mnogi više ne mogu zamisliti svoje živote, pojavili su se prije samo 70 godina. Jedan od onih koji su odlučujući doprinos njihovom stvaranju imali američki znanstvenik John von Neumann. Predložio je načela na kojima većina računala još uvijek djeluje. Razmotrite kako radi von Neumannov stroj.

Kratka biografska referenca

Janos Neumann rođen je u Budimpešti 1930. godine, u vrlo bogatoj židovskoj obitelji, koja je kasnije uspjela dobiti plemićku titulu. Od djetinjstva se ističe izuzetnim sposobnostima u svim područjima. S 23 godine Neumann je već obranio doktorsku disertaciju iz područja eksperimentalne fizike i kemije. Godine 1930. mladi znanstvenik pozvan je da radi u SAD-u na Sveučilištu Princeton. U isto vrijeme, Neumann je postao jedan od prvih djelatnika Instituta za napredne studije, gdje je radio kao profesor do kraja života. Znanstveni interesi Neumanna bili su prilično veliki. Osobito je jedan od osnivača mataparata kvantne mehanike i koncepta staničnih automata.


Doprinos informatičkoj znanosti

Prije nego što saznamo što se ne podudara s principom von Neumannove arhitekture, zanimljivo je naučiti kako je znanstvenik došao na ideju stvaranja modernog računalnog stroja. Kao stručnjak za matematičke eksplozije i udarne valove, početkom 1940-ih, von Neumann je bio znanstveni savjetnik u jednom od laboratorija za upravljanje municijomVojska SAD. U jesen 1943., stigao je u Los Alamosu sudjelovati u projektu razvoja Manhettэnskoho osobni poziv njegovog direktora, Robert Oppenheimer. Prije nego mu je zadatak za izračunavanje tlačna čvrstoća ymplozyynoho zadužen za atomske bombe do kritične mase. Kako bi riješio to potrebno opsežne proračune koje su napravljene u početku na ručnih računala, a kasnije i na mehanička tabulators tvrtke IBM-a, pomoću bušenih kartica.


Von Neumann sastao s informacijama o stvaranju elektro-mehaničkih i potpuno elektroničkih računala. Uskoro je bio uključen u razvoj računala EDVAC i ENIAC, s rezultatom da je počeo pisati „Prvi nacrt izvješća o EDVAC», koja je ostala nedovršena, koji je predstavio znanstvene zajednice posve novu ideju o tome što bi trebalo biti računalo arhitekture.

Principi von Neumann

znanost kao znanost 1945. godine u zastoju, jer sva računala pohranjen u memoriji broj obrađen u 10. obliku i programi za operacije pitao za pomoć instalirati kratkospojnika na switching panel. To uvelike ograničava moć računala. Pravi proboj bio principi von Neumann. Ukratko se može izraziti u jednoj rečenici: ići u binarnom sustavu i principu pohranjenog programa.

Analiza

razmotriti načela na kojima se temelji klasičnu strukturu von Neumann strojeva s više pojedinosti: 1. Go u binarnom sustavu desyatirichnoyOvo načelo Neumanove arhitekture omogućuje vam korištenje jednostavnog logičkog uređaja. 2. Softverska kontrola putem elektroničkog računala Rad računala kontrolira se nizom naredbi koje se izvode jedna za drugom. Razvoj prvog stroja s programom, koji je pohranjen u memoriji, postavio je temelje za moderno programiranje. 3. Podaci i programi u memoriji računala pohranjuju se zajedno, pri čemu podaci i programske naredbe imaju isti način snimanja u binarnom sustavu, tako da u određenim situacijama mogu izvršiti iste radnje kao i iznad podataka.

Ispitivanja

Osim toga, arhitektura Foneymanovog stroja ima sljedeće karakteristike: 1. Memorijske ćelije imaju adrese uzastopno numerirane, zbog primjene ovog načela postalo je moguće koristiti varijable u programiranju. Konkretno, u bilo kojem trenutku možete otići na jednu ili drugu memorijsku ćeliju na njenoj adresi. 2. Mogućnost uvjetnog prijelaza tijekom provedbe programa Kao što je već spomenuto, naredbe u programima trebaju se provoditi dosljedno. Međutim, predviđena je mogućnost prelaska na bilo koji dio koda.
Kako djeluje von Neumann
Takav se matematički model sastoji od memorije (memorije), aritmetičkog logičkog uređaja (ALU), kontrolera, kao i ulaznih i izlaznih uređaja. Sve programske naredbe upisuju se u memorijske ćelije koje se nalaze u susjedstvu, a podaci za njihovu obradu - u proizvoljnim ćelijama.
Svaki tim mora se sastojati od:
  • pokazatelj koji se postupak mora obaviti;
  • adresa memorijskih ćelija, u kojoj su pohranjeni izvorni podaci na koje utječe operacija;
  • adrese ćelija u kojima bi se trebao zabilježiti rezultat.
  • Operacije navedene u naredbama na specifičnim izlaznim podacima provodi ALU, a rezultati se upisuju u memorijske ćelije, koje se pohranjuju u obliku pogodnom za naknadnu obradu, ili se prenose na izlazni uređaj (monitor, pisač, itd.) I postaju dostupni osobi. UU upravlja svim dijelovima računala. Iz njega drugi uređaji primaju signalne naredbe "što učiniti", a iz drugih uređaja prima informacije o stanju u kojem se nalaze.
    Upravljački uređaj ima poseban registar koji se naziva "brojač naredbi" SC-a. Nakon učitavanja izlaznih podataka i programa u memoriju, IC upisuje adresu svoje prve naredbe. UU čita iz memorije računala sadržaj ćelije čija je adresa u SC-u i smješta je u "Registar naredbi". Upravljački uređaj određuje operaciju koja odgovara određenoj naredbi, a "bilješke" u memoriji računala podatke čije su adrese navedene u njemu. Zatim, ALU ili hardver računala počinju izvoditi operaciju, nakon čega se sadržaj SC-a mijenja u jedan, odnosno ukazuje na takvu naredbu.

    Kritika

    Nedostaci i suvremene perspektive von Neumannove arhitekture i dalje su predmet rasprave. Činjenica da strojevi, stvoreni na temelju principa koje je uveo ovaj istaknuti znanstvenik, nisu bili savršeni, uočili su se vrlo davno. Dakle, na ispitu ulaznice sInformatika se često može susresti s pitanjem "koji princip se von Neumannova arhitektura poklapa i koje nedostatke ima?". Pri odgovaranju na njegov drugi dio potrebno je navesti:
  • prisutnost semantičkog razmaka između programskih jezika visoke razine i sustava naredbe;
  • o problemu usklađivanja OP-a i propusne moći procesora;
  • Potrebna je kriza softvera zbog činjenice da je trošak njezina stvaranja znatno niži od troškova razvoja hardvera, a ne postoji mogućnost potpunog testiranja programa;
  • nedostatak perspektive u smislu brzine, budući da je već postignuta teoretska granica.
  • S obzirom na načelo da se von Neumannova arhitektura ne podudara, govorimo o paralelizmu organiziranja velikog broja tokova podataka i naredbi svojstvenih višeprocesorskoj arhitekturi.

    Zaključak

    Sada znate što ne uspijeva načelo von Neumannove arhitekture. Očito, znanost i tehnologija nisu na mjestu, a možda će uskoro u svakoj kući biti računala potpuno nove vrste, kroz koje će čovječanstvo ući u novu razinu svoga razvoja. Usput, program obuke "Arhitektura von Neumann" će pomoći u pripremi za ispit. Takvi digitalni obrazovni resursi olakšavaju asimilaciju materijala i pružaju priliku za procjenu njihovog znanja.

    Povezane publikacije