Von Neumann usanifu: historia ya tukio la mfupi

usanifu wa von Neumann, pia inajulikana kama von Neumann mfano, au Princeton usanifu, kuzingatia utaratibu ilivyoelezwa katika 1945, mtaalamu wa hisabati na mwanafizikia John von Neumann katika ripoti ya "rasimu ya kwanza" ya EDVAC kompyuta.

usanifu mzunguko

Ripoti ilivyoelezwa usanifu wa von Neumann mchoro wa umeme kompyuta digital na sehemu yenye vipande usindikaji, inahusu:

• hesabu mantiki kitengo;
• rejista ya processor;
• kitengo cha kudhibiti inahusu mafundisho kusajili na kihesabu,
• kumbukumbu kwa ajili ya kuhifadhi data,
• hifadhi ya nje kifaa;
• pembejeo na mazao taratibu.

maana ya maendeleo ilihusisha kwa kweli kwamba taarifa yoyote kuhifadhiwa kwenye habari kompyuta inaweza kutumika na programu, ambapo kazi, data iliyochaguliwa haiwezi kucheza kwa wakati mmoja, kwa sababu wao kushiriki basi kawaida. Imetajwa katika "rasimu ya kwanza", ambayo inaeleza mwanasayansi mawazo kuhusu nini usanifu lazima. Von Neumann kuitwa hii hali "ianze", ambayo mara nyingi huzuia utendaji wa mfumo.

kanuni za usanifu wa von Neumann

Digital kompyuta - kompyuta, kuhifadhi programu ambayo inajumuisha maelekezo ya mpango, data kusoma, kuandika, na pia ni pamoja na random kupata kumbukumbu (RAM). Kanuni za Architecture na John von Neumann ilivyoainishwa katika kazi yake "Mradi kwanza." Kulingana na yeye, kompyuta kuhifadhiwa katika kumbukumbu mpango walikuwa kuboresha juu ya udhibiti wa kompyuta, kama vile ENIAC. mwisho ilikuwa iliyowekwa kwa kuweka swichi, na kuingizwa kiraka, kusababisha ya upelekaji data na kudhibiti ishara kati ya vitalu mbalimbali kazi. Katika idadi kubwa ya kumbukumbu ni pia kutumiwa na kompyuta za kisasa kwa njia hii. Hivyo usanifu wa kompyuta von Neumann ni tofauti, kwa mfano, kutoka Harvard, hivyo kwamba hana kutumia kuu na cache kumbukumbu.

kabla ya historia

kompyuta ya kwanza walipewa mpango uliowekwa. Baadhi ya kompyuta rahisi sana bado kutumia muundo huu au kwa madhumuni ya unyenyekevu au mafunzo. Kwa mfano, eneo kazi calculator pia kompyuta na programu ya kudumu. Ni wanaweza kufanya kazi na mambo ya msingi ya hisabati, lakini haiwezi kutumika kama neno processor , au michezo console. Kubadilisha fasta mashine mpango inahitaji rewiring, marekebisho au kupangwa upya vifaa. kompyuta ya kwanza walikuwa si nyembamba, kama wao kuwa maendeleo kwa mara ya kwanza na kwa madhumuni ya kisayansi. Reprogramming alionekana baadaye na ilikuwa mchakato yoyote ya utumishi, kwa kuwa michoro ya kuzuia na noti za benki na mwisho miundo ya kina. Hasa vigumu mara mchakato wa kisasa wa kimwili njia mashine ahueni. Inaweza kuchukua muda wa wiki tatu ufungaji juu ya ENIAC na kujaribu kufanya kazi yake.

wazo jipya

Pamoja na kompyuta, kuhifadhi programu katika kumbukumbu, kila kitu iliyopita. Kuhifadhiwa katika kumbukumbu, ni kubuni na seti ya maelekezo. Hii ina maana kwamba mashine unaweza mara moja kupata seti ya maelekezo ya kufanya hesabu.

mpango wa programu kama inahusiana na kanuni binafsi kubadilisha. Moja ya mitambo ya kwanza kwa vile kitu na haja ya algorithm kuongeza au vinginevyo kubadilisha anwani sehemu ya amri. Yeye aliwekwa manually katika miundo mapema. Hii ikawa muhimu chini wakati index rejista na ya moja kwa moja kushughulikia akawa tabia ya kawaida mwenye usanifu kompyuta ya mashine John von Neumann. Matumizi mengine - kuingiza data mara nyingi kutumika katika mkondo wa amri na ufumbuzi haraka. Lakini binafsi kubadilisha kanuni kwa kiasi kikubwa imekosolewa kwa sababu ni kawaida vigumu kuelewa na utatuzi. Aidha, yeye pia imeonekana kuwa ufanisi katika masuala ya uzazi na Caching miradi ya wasindikaji kisasa.

Kwa kiasi kikubwa, uwezo wa kutibu maelekezo kama data - hii ni nini hufanya assemblers, compilers, assemblers, lastare na vyombo vingine na vitu uwezekano wa programu moja kwa moja. Hivyo kusema, kuandika programu ambazo kuandika programu. Kwa kiwango kidogo, mara kwa mara makali ya pembejeo na mazao ya shughuli, kama vile manipulations BitBlt-image primitive au pikseli na kipeo shaders kisasa 3D graphics, imepatikana kuwa hayafanyi kazi ya kuendesha bila vifaa mtumiaji.

Maendeleo ya dhana kuhifadhiwa katika kumbukumbu mpango

Mwanahisabati Alan Turing, ambaye alikuwa na nia ya tatizo la mantiki hisabati baada mihadhara Max Newman katika Chuo Kikuu Cambridge, aliandika makala mwaka 1936, ilikuwa kuchapishwa katika toleo la London Mathematical Society. Ndani yake, alielezea mashine kubuni, ambayo aliita "zima kompyuta mashine", na ambayo sasa inajulikana kama Turing mashine zima. Alikuwa na kuhifadhi usio (katika istilahi ya kisasa - kumbukumbu), ambayo ilikuwa na maelekezo yote na data, ambayo iliundwa na usanifu. Von Neumann akawa khabari na Turing wakati alipokuwa profesa wa kutembelea katika Cambridge mwaka 1935, na katika kipindi cha kulinda dissertation yake ya udaktari katika Taasisi Turing ya Utafiti ya juu katika Princeton (New Jersey) katika 1936-1937.

Kujitegemea Ji Presper Eckert na Dzhon Mochli, ambao maendeleo ENIAC Shule ya Uhandisi Umeme katika Chuo Kikuu cha Pennsylvania, aliandika juu ya dhana ya mashine ya, ambayo maduka ya mpango katika kumbukumbu katika Desemba 1943. Wakati wa kupanga mashine mpya, EDVAC, Eckert aliandika katika Januari 1944 tu ndipo itakuwa kuhifadhi data na programu katika kifaa kipya addressable kumbukumbu kwa kutumia metali zebaki kuchelewa. Ilikuwa mara ya kwanza ya ujenzi wa mashine ya mazoezi kwamba maduka ya mpango katika kumbukumbu zimependekezwa. Wakati huo huo, yeye na Mauchly hawakuwa na ufahamu wa kazi ya Turing (pichani chini).

Usanifu wa kompyuta: Von Neumann kanuni

Von Neumann alishiriki katika "Mradi wa Manhattan" katika Maabara ya Taifa katika Los Alamos, ambayo inahitajika kiasi kikubwa cha hesabu. Ni kuvutia kwake mradi katika majira ya joto ya 1944, ENIAC. Akiwa shuleni alijiunga majadiliano kwenye kompyuta maendeleo EDVAC. Katika kikundi hiki, aliandika karatasi kichwa "taarifa ya awali juu ya EDVAC», kwa kuzingatia kazi ya Eckert na Mauchly. Ilikuwa unfinished wakati wake mwenzake Goldstein kusambazwa mradi na von Neumann (kwa njia, Eckert na Mauchly walishtushwa habari hii). Waraka huu ukiisha kusomwa na kadhaa wa wafanyakazi von Neumann katika Marekani na Ulaya na yalikuwa na athari kubwa juu ya hatua ya pili ya maendeleo ya kompyuta.

kanuni za msingi za von Neumann usanifu, kama ilivyo katika "rasimu ya kwanza," kupata umaarufu pana, wakati Turing kufunikwa ripoti yake juu ya Calculator umeme, ambayo imekuwa ilivyoelezwa kwa undani katika uhandisi na programu. Imekuwa alisema na kuwasilisha gari la mwandishi, ambayo aliitwa Automatic Computing injini (ACE). Yeye iliyotolewa kwa kamati ya utendaji ya Taifa ya Uingereza Physical Laboratory mwaka wa 1946. Baada ya muda hata mafanikio ya utekelezaji wa mipango mbalimbali ACE walikuwa zinazozalishwa.

Anza miradi

Na mradi wa nyaraka von Neumann na Turing inaeleza kompyuta kuhifadhi katika kumbukumbu mpango maalum, lakini makala Von Neumann mafanikio mzunguko mkubwa katika jamii, na usanifu wa kompyuta ukawa unajulikana kama John von Neumann usanifu.

Mnamo mwaka wa 1945, Profesa Neumann, ambaye baadaye alifanya kazi katika shule ya uhandisi katika Philadelphia, ambapo kwanza ENIAC ilijengwa, iliyotolewa kwa niaba ya wenzake ripoti ya kubuni mantiki ya kompyuta digital. ripoti inatoa pendekezo haki ya kina kwa ajili ya ujenzi wa mashine, ambayo tangu kuwa inajulikana kama EDVAC. Alikuwa tu hivi karibuni imara katika Marekani, lakini ripoti hiyo aliongoza kuundwa von Neumann EDSAC.

Maniacs na Joniacs

Mwaka 1947, Burks, Goldstein na von Neumann kuchapishwa ripoti nyingine ambayo kufunikwa ujenzi wa aina nyingine ya gari (hii sambamba huo), ambayo ilitakiwa kuwa ni wa kasi sana, uwezo, labda, kufanya up kwa shughuli 20,000 kwa sekunde. Walisema kwamba tatizo kutatuliwa katika ujenzi wa ni maendeleo ya kumbukumbu mzuri, yaliyomo yote ya ambayo lazima mara moja zinapatikana. Kwanza, wao mapendekezo ya matumizi maalum utupu tube, iitwayo Selectron, ambayo ilikuwa zuliwa katika maabara Princeton. mirija hizo ni ghali, na kuwafanya vigumu sana, hasa kama unatumia usanifu huu. Von Neumann hatimaye waliamua kujenga gari kulingana na kumbukumbu Williams. mashine hii, ambayo ilikamilika katika Juni 1952 katika Princeton, imekuwa anajulikana sana Maniac (au tu Maniacs). Muundo wake imesababishwa na wabunifu katika ujenzi wa nusu ya idadi au vifaa zaidi kama hiyo, ambayo sasa kuwa kujengwa katika Amerika na kuitwa Comic Johniacs.

kanuni ya kuundwa

Moja ya kompyuta za kisasa digital, embodying ya maendeleo na kuboresha katika mbinu ya hesabu moja kwa moja ya elektroniki imeonyeshwa katika National Physical Laboratory katika Teddington, ambapo ilikuwa iliyoundwa na kujengwa na kundi dogo la wanahisabati, wahandisi na wahandisi utafiti, kwa msaada wa idadi ya wahandisi uzalishaji kutoka Kiingereza Electric Company Ltd Vifaa bado katika maabara, lakini tu kama mfano wa kupanda kubwa, ambayo inajulikana kama moja kwa moja Computing Engine. Lakini, licha ya ushirikiano mdogo na maudhui ya vali 800 tu thermionic, ni haraka sana na hodari kuhesabu mashine.

dhana ya msingi na kanuni dhahania hesabu kwa kutumia mashine wamekuwa yaliyoandaliwa na Dr. Turing kwa misingi ya sawa London Mathematical Society mwaka 1936, lakini kazi ya mashine hizo nchini Uingereza imekuwa kuchelewa kwa vita. Katika 1945, uchunguzi wa matatizo ya kujenga vifaa kama uliendelea huko National Physical Laboratory Dr. Vormsli, Msimamizi wa Idara ya Hisabati Maabara. Alijiunga Turing na timu yake ndogo ya wataalam, na kwa 1947 mipango ya awali ilikuwa ya kutosha juu kuhalalisha kuanzishwa kwa kundi maalum.

kompyuta ya kwanza juu ya usanifu wa von Neumann

mradi wa kwanza inaeleza mpango ambayo imekuwa kutumiwa na vyuo vikuu vingi na mashirika ya kujenga kompyuta zao wenyewe. Miongoni mwao, tu ILLIAC ORDVAC na kuwa sambamba maelekezo seti.

Classical usanifu wa von Neumann ilikuwa ilivyo katika Manchester mashine ndogo majaribio (SSEM), jina la utani la Baby katika Chuo Kikuu cha Manchester, ambayo alifanya mafanikio yake ya uzinduzi wa kwanza wa kifaa kwamba ana mpango kumbukumbu, 21 Juni 1948.

EDSAC Chuo Kikuu cha Cambridge, kwanza vitendo umeme kompyuta ya aina hii, ilizinduliwa mafanikio mara ya kwanza Mei 1949.

maendeleo ya mifano iliyoundwa

IBM SSEC walipata nafasi ya kuzingatia maelekezo kama data na alikuwa hadharani alionyesha Januari 27, 1948. uwezo huu ni hakikisho katika Marekani Pat. Hata hivyo, ilikuwa sehemu electromechanical mashine, badala ya kikamilifu elektroniki. Katika mazoezi, maelekezo walikuwa kusoma kutoka mkanda karatasi kwa sababu ya kumbukumbu yake mdogo.

Baby ilikuwa ya kwanza kabisa ya elektroniki ya kompyuta kuendesha programu kuhifadhiwa. Ni factoring mpango mbio kwa muda wa dakika 52, 21 Juni 1948 baada ya kuanza na hesabu rahisi kugawa hesabu ambayo inaonyesha kwamba idadi mawili ni coprime.

ENIAC mara iliyopita kwa kazi kama kompyuta primitive kwa kusoma tu, lakini kwa usanifu huo, na imekuwa alionyesha kwa Septemba 16, 1948, na uzinduzi wa programu Adele Goldstein kupangwa kwa msaada wa von Neumann.

BINAC alitumia programu kadhaa mtihani katika Februari, Machi na Aprili 1949, pamoja na kwamba haikuwa imekamilika hadi Septemba 1949. Aidha, anaendesha mtihani yalifanywa (baadhi ya mafanikio) nyingine kompyuta za elektroniki, ambayo ni tabia ya usanifu. Von Neumann, kwa njia, na kuendelea kufanya kazi kwenye "Manhattan" mradi. Hiyo ni kama mtu hodari.

Mageuzi ya mfumo wa basi usanifu

Kwa njia ya miongo kadhaa, tayari katika 60s na 70s, kompyuta kwa ujumla kuwa ndogo na kasi, na kusababisha mageuzi ambayo imebuniwa na kufanyiwa usanifu wa kompyuta von Neumann. Kwa mfano, kuonyesha ya pembejeo na mazao ya kumbukumbu inaruhusu husika vifaa, data, na maelekezo ya jinsi ya kuunganisha katika mfumo ambayo itakuwa kushughulikiwa, kubaki katika kumbukumbu. mfumo wa basi zinaweza kutumika kwa kutoa mfumo byggelement na ndogo. Hii ni wakati mwingine inaitwa "rationalization" ya usanifu. Katika miongo baadae, wakati mwingine microcontrollers rahisi wala kutumia baadhi ya vipengele ya mfano ya kawaida ili kupunguza gharama na ukubwa. Lakini kompyuta kubwa kufuata usanifu imara, kama wao umeongeza vipengele kuboresha utendaji.