Von Neumann arkitekturo: historio de apero de la termino

La arkitekturo de von Neumann, ankaŭ konata kiel la von Neumann modelo, aŭ Princeton arkitekturo, surbaze de la metodo priskribita en 1945, matematikisto kaj fizikisto John von Neumann en la raporto "La unua malneto" de komputila EDVAC.

La cirkvito arkitekturo

La raporto priskribis la von Neumann arkitekturo diagramo de la elektronikaj cifereca komputilo kun partoj konsistas de prilaborado unuoj, konsistanta:

• aritmetika logika unuo;
• registroj de la procesoro;
• la kontrolunuo konsistanta ekzemplo registro kaj la contador de programo;
• memoro por stoki datumojn;
• mekanismo de ekstera stokado;
• enigo kaj eligo mekanismoj.

La signifo de disvolviĝo konsistis en tio, ke ajna informo stokita en la komputilo informo povas esti uzata de la programo, en kiu la operacio, la elektita datumoj ne povas esti ludita en la sama tempo, ĉar ili havas komunan buso. Ĝi estas menciita en la "unua malneto", kiu priskribas la sciencisto pensis pri kio arkitekturo devus esti. Von Neumann nomis tiun situacion "botelkolo", kiu ofte limigas la elfaron de la sistemo.

La principoj de von Neumann arkitekturo

Digital komputilo - komputilo, stokante programon kiu konsistas programo instrukcioj, datumoj legado, skribado, kaj ankaŭ inkludas memoro de aliro aleatorio (RAM). Principoj de Arkitekturo de John von Neumann skizita en lia laboro "La unua projekto." Laŭ li, komputiloj stokita en la memoro de programo estis plibonigo super la kontrolo de komputiloj, kiel ekzemple ENIAC. Tiu lasta estis planita per opcio la ŝaltiloj kaj inserción de la makulo, rezultigante routing datumoj kaj kontrolo signalojn inter la diversaj funkciaj blokoj. En la vasta plimulto de memoro ankaŭ uzata de modernaj komputiloj kun tio. Tiel komputila arkitekturo von Neumann estas malsama, ekzemple, de Harvard, tiel ke ĝi ne uzas la ĉefan kaj kaŝmemoro memoro.

antaŭhistorio

La unuaj komputiloj ricevis fiksan programon. Kelkaj tre simpla komputiloj ankoraŭ uzi ĉi dezajno aŭ por simpleco aŭ trejnado celoj. Ekzemple, labortablo kalkulilo ankaŭ estas komputilo kun fiksa programo. Ĝi povas labori kun la fundamentojn de matematiko, sed ĝi ne povas esti uzata kiel vorto procesoro , aŭ ludojn konzolo. Ŝanĝi la fiksita maŝino programo postulas rewiring, restrukturado aŭ reorganizo de la aparato. La plej fruaj komputiloj ne estis tiel mallarĝa, kiel ili disvolvis por la unua fojo kaj por sciencaj celoj. Reprogramación aperis multe poste kaj estis laborema procezo, ĉar la bloko diagramoj kaj monbiletoj kaj finante detala dezajnoj. Precipe malfacila estis la procezo de modernigo de la fizika maŝino reakiro kanalojn. Ĝi povas preni tri semajnoj instalado sur ENIAC kaj provas igi ĝin funkcii.

Nova ideo

Kun komputilo, stokante programon en memoro, ĉio ŝanĝiĝis. Stokita en memoro, ili estas dezajno kun aro de instrukcioj. Tio signifas ke la maŝino povas tuj akiri aron de instrukcioj por realigi la ŝtonojn.

La dezajno de tiaj programoj rilatas al la mem-modifanta kodo. Unu el la unuaj plantoj por tia celo estis neceso algoritmon por pliigi aŭ alie ŝanĝi la adreson parto de komandoj. Li estis metita permane frue dezajnoj. Tiu iĝis malpli grava kiam registroj indico kaj nerektaj Addressing iĝis komunaj trajtoj posedataj de la komputilo arkitekturo de John von Neumann maŝinoj. Aliaj uzoj - por enmeti ofte uzata datumojn en la torento de komandojn kun tuja solvoj. Sed la mem-modifanta kodon en granda parto estis kritikita ĉar ĝi estas kutime malfacile kompreni kaj elpurigi. Krome, li ankaŭ montriĝis senefika en terminoj de reprodukto kaj caching skemoj de modernaj procesoroj.

De kaj granda, la kapablo trakti instrukcioj kiel datumoj - tio estas kion faras ensambladores, kompililoj, ensambladores, loaders kaj aliaj instrumentoj kun eblaj objektoj de aŭtomata programado. Por tiel diri, por skribi programojn kiuj skribas programojn. Sur pli malgranda skalo, _recurring_ intensa enigo kaj eligo operacioj, kiel ekzemple BitBLT-bildo manipuladoj primitiva aŭ pixel kaj vertico shaders en moderna 3D-grafiko, estis trovita esti senefika kuri sen uzanto ekipaĵon.

Evoluo de koncepto stokita en la memoro de programo

Matematikisto Alan Turing, kiu havis intereson en la problemo de matematika logiko post Max Newman prelegoj en Cambridge University, skribis artikolon en 1936, estis eldonita en la eldono de la Londono Matematika Socio. En ĝi, li priskribis hipoteza maŝino, kiun li nomis "universala komputado maŝino", kaj kiu nun estas konata kiel universala maŝino de Turing. Ŝi havis senfina stokado (en moderna terminologio - memoro), kiu enhavis ambaŭ instrukcioj kaj datumoj, kiu estis kreita kaj la arkitekturo. Von Neumann iĝis konata kun Turing en tempo, kiam li estis alvojaĝanta profesoro en Kembriĝo en 1935, kaj en la kurso defendi sian doktoran disertaĵon ĉe la Turing Mezlernejo de Studoj Antaŭitaj en Princeton (Nov-Ĵerzejo) en 1936-1937.

Sendepende Ji Presper Eckert kaj Dzhon Mochli, kiu disvolvis ENIAC Lernejo de Elektra Inĝenierio en la Universitato de Pensilvanio, skribis pri la koncepto de la maŝino, kiu stokas la programo en memoro en decembro 1943. Kiam plananta novan maŝinon, la EDVAC, Eckert skribis en januaro 1944 ke ĝi stokas la datumoj kaj programoj en la nova aparato direccionable memoro uzante metala hidrargo prokrasto. Estis la unua fojo la konstruo de praktiko maŝino kiu stokas la programon en memoro estis proponitaj. Samtempe, li kaj Mauchly ne estis konsciaj pri la laboro de Turing (bildigita malsupre).

Komputila arkitekturo: von Neumann principo

Von Neumann estis implikita en la "Projekto Manhattan" en la Nacia Laboratorio Los Alamos, kiu postulas grandegan kvanton de kalkulado. Ĝi altiris lin al la projekto en la somero de 1944 ENIAC. Tie li aliĝis al la diskutoj sur la disvolviĝo EDVAC komputilo. Ene de ĉi tiu grupo, li skribis paperan titolita "A unuan malneton raporton pri la EDVAC», bazita sur la laboro de Eckert kaj Mauchly. Estis nefinitan kiam lia kolego Goldstein distribuita projekto kun von Neumann (por iu, Eckert kaj Mauchly estis miregigita tiu novaĵo). Ĉi tiu dokumento estis legita de dekoj da kolegoj von Neumann en Ameriko kaj Eŭropo kaj havis profundan efikon al la sekva etapo de komputila evoluo.

La bazaj principoj de von Neumann arkitekturo, difinitan en la "unua malneto", gajnis larĝan popularecon, dum Turing kovris sian raporton pri la elektronika kalkulilo, kiu estis priskribita en detalo en la inĝenierio kaj programado. Ĝi asertis kaj prezento de la aŭtoro aŭto, kiu estis nomita la Aŭtomata Komputado Engine (ACE). Li prezentis ĝin al la plenuma komitato de la Brita Nacia Fizika Laboratorio en 1946. Post momento eĉ la sukcesa efektivigo de la diversaj ACE dezajnoj estis produktitaj.

komenci projektoj

Kaj la projekto de von Neumann kaj Turing dokumentoj priskribas komputilo stokante memore specifa programo, sed la artikolo Von Neumann atingita plej granda trafiko en la socio, kaj komputila arkitekturo iĝis konata kiel John von Neumann arkitekturo.

En 1945, profesoro Neumann, kiu tiam laboris en la lernejo de inĝenierio en Filadelfio, kie li unue ENIAC estis konstruita, publikigis en la nomo de siaj kolegoj raporti pri la logika dezajno de ciferecaj komputiloj. La raporto provizas sufiĉe detala propono por la konstruo de la maŝino, kiu poste fariĝis konata kiel la EDVAC. Ŝi nur ĵus estis establita en Usono, sed raporton inspiris la kreadon de la von Neumann EDSAC.

Maniacs kaj Joniacs

En 1947, Burks, Goldstein kaj von Neumann eldonita alia raporto, kiu kovris la konstruo de alia tipo de aŭto (tiu tempon paralelaj), kiu laŭsupoze estis ekstreme rapida, kapabla, eble, por porti ĝis 20.000 operacioj por dua. Ili notis ke la nesolvita problemo en la konstruo de ĝi estis la disvolviĝo de taŭgaj memoro, la tuta enhavo de kiuj devas esti tuj havebla. Unue, ili proponis uzi specialan vakutubo nomata Selectron, kiu estis inventita en la Princeton laboratorio. Tia tubojn estas multekostaj, kaj fari ilin tre malfacila, precipe se vi estas uzanta ĉi arkitekturo. Von Neumann poste decidis konstrui aŭton surbaze Williams memoro. Ĉi tiu maŝino, kiu estis kompletigita en junio 1952 ĉe Princeton, iĝis vaste konata MANIAC (aŭ nur Maniacs). Lia dezajno estas inspirita de la kreintoj en la konstruado de la kvin-ses aŭ pli similaj aparatoj, kiuj estas nun konstruita en Ameriko kaj nomis komika Johniacs.

kreo principoj

Unu el la plej modernaj ciferecaj komputiloj, korpigante evoluo kaj plibonigo en la tekniko de aŭtomata elektronika kalkulado estis efektivigita en la Nacia Fizika Laboratorio en Teddington, kie ĝi estis dizajnita kaj konstruita fare de malgranda grupo de matematikistoj, inĝenieroj kaj esploro inĝenieroj, kun la helpo de kelkaj produktado inĝenieroj de la English Electric Firmao Ltd. La teamo estas ankoraŭ en la laboratorio, sed nur kiel prototipo de multe pli granda planto, kiu estas konata kiel la Aŭtomata Komputado Engine. Sed, malgraŭ la relative malgranda pezo kaj enhavo de nur 800 termjonaj valvoj, ĝi estas ege rapida kaj versátil kalkula maŝino.

Bazaj konceptoj kaj abstraktaj principoj kalkulo uzanta maŝinoj estis formulita de Dr. Turing surbaze de la sama Londono Matematika Socio en 1936, sed labori pri tiaj maŝinoj de Britio estis prokrastita per la milito. En 1945, la esplorado de la problemoj de kreado tia aparatoj daŭrigis ĉe la Nacia Fizika Laboratorio Dr. Vormsli, Inspektoro de la Departemento de Matematiko Laboratorio. Li aliĝis al la Turing kaj lia malgranda teamo de spertaj, kaj al la 1947 prepara planado estis sufiĉe progresinta pravigi la starigon de speciala grupo.

La unuaj komputiloj en la von Neumann arkitekturo

La unua projekto priskribas skemo kiu estis uzata de multaj universitatoj kaj entreprenoj por konstrui siajn proprajn komputilojn. Inter ili, nur ILLIAC ORDVAC kaj havas kongrua aroj de instrukcioj.

Klasika von Neumann arkitekturo estis enkorpigita en Manchester malgranda eksperimenta maŝino (SSEM), apodado Baby en la Universitato de Manchester, kiu faris lia unua sukcesa lanĉo de la aparato kiu tenas la programo memoro, 21 junio 1948.

EDSAC Universitato de Kembriĝo, la unua praktika elektronika komputilo de ĉi tiu speco, estis lanĉita sukcese la unua fojo en majo 1949.

La evoluo de la kreitaj modeloj

IBM SSEC havis la ŝancon konsideri la instrukciojn kiel datumoj kaj estis publike montris Januaro 27, 1948. Tiu kapablo estas asertita en usona Pat. Tamen estis parte electro maŝino, kaj ne plene elektronika. Praktike, la instrukcioj estis legita de papero bendo pro ĝia limigita memoro.

Bebo estis la unua tute elektronika komputilo kuri la stokita programoj. Ĝi faktoranta programo daŭris 52 minutojn, 21 junio 1948 post komenci kaj simpla kalkulo dividante la ŝtonon kiu montras, ke la du nombroj estas interprimoj.

ENIAC estis modifita por labori kiel primitiva komputilo por nur legado, sed en la sama arkitekturo, kaj estis pruvita de septembro 16, 1948, kaj la ĵeto de Adele Goldstein programo organizita kun la helpo de von Neumann.

BINAC pasigis plurajn testo programoj en februaro, marto kaj aprilo 1949, kvankam ĝi ne estis kompletigita ĝis septembro 1949. Krome, provo runs estis realigitaj (iu sukcesa) aliaj elektronikaj komputiloj, kiu estas karakterizaĵo de la arkitekturo. Von Neumann, parenteze, kaj daŭre laboris en la "Manhattan" projekto. Jen tia diverstalenta viro.

Evoluo de la buso sistemo arkitekturo

Tra la jardekoj, jam en la 60s kaj 70s, komputiloj ĝenerale iĝis pli kaj pli rapide, kaŭzante aspektan evoluado kiu spertis la komputilo arkitekturo von Neumann. Ekzemple, la montro de la enigo kaj eligo memoro permesas la respektivaj aparatoj, datumoj kaj instrukcioj pri kiel integri en la sistemo kiu estos procesita, restas en memoro. A buso sistemo povas esti uzata kiel modula sistemo kun pli malgranda. Ĉi tiu estas iam nomita la "raciigo" de arkitekturo. En postaj jardekoj, kelkfoje simplaj microcontroladores ne uzas iuj karakterizaĵoj de tipa modelo por redukti la koston kaj grandecon. Sed grandaj komputiloj sekvi la establita arkitekturo, kiel ili aldonis funkciojn por plibonigi rendimenton.