Mi von Neumann építészetének elve? Hogyan működik a von Neumann gép?

Ma nehéz elhinni, de a számítógépek, amelyek nélkül sokan már nem tudják elképzelni az életüket, csak mintegy 70 évvel ezelőtt jelentek meg. Az egyik, aki határozottan hozzájárult a teremtéshez, az amerikai tudós, Neumann János volt. Azt javasolta, hogy a legtöbb számítógép ma működjön. Gondolja át, hogyan működik a von Neumann gép.

Rövid életrajz

Neiman János 1930-ban született Budapesten, egy nagyon gazdag zsidó családban, aki később sikerült nemesi címet szerezni. A gyermekkorától megkülönböztetett kiemelkedő képességekkel minden területen. 23 éves korában Neiman megvédte Ph.D. értekezését a kísérleti fizika és kémia területén. 1930-ban fiatal kutatót hívtak meg az Egyesült Államokban, a Princeton Egyetemen. Ezzel párhuzamosan Neiman lett az Advanced Studies főiskola egyik első alkalmazottja, ahol élete végéig professzorként dolgozott. Neumann tudományos érdeklődése meglehetősen kiterjedt volt. Különösen a kvantummechanika matematikájának és a sejt automaták fogalmának egyik alkotója.

Hozzájárulás az informatikához

Mielőtt megtudnánk, melyik elv nem illik von Neumann architektúrájához, érdekes lesz megtudni, hogyan jött a tudós a modern típusú számítógép létrehozására.

A robbanások és a lökéshullámok matematikájának szakértőjeként az 1940-es évek elején von Neumann tudományos tanácsadó volt az Amerikai Egyesült Államok hadsereg lőszerhivatalának egyik laboratóriumában. 1943 őszén Los Alamos-ba érkezett, hogy részt vegyen a Manhattan-projekt fejlesztésében Robert Oppenheimer vezetőjének személyes meghívásán. Előtte volt az a feladata, hogy kiszámítsa az atombomba töltés implóziós tömörítésének erejét a kritikus tömegre. Ennek megoldásához nagy számításokra volt szükség, amelyeket először kéziszámítógépeken és később az IBM mechanikus tabulátorain végeztünk, lyukasztók használatával.

Von Neumann megismerkedett az elektronikus-mechanikus és teljesen elektronikus számítógépek létrehozásának előrehaladásával kapcsolatos információkkal. Hamarosan részt vett az EDVAC és az ENIAC számítógépek kifejlesztésében, amelynek eredményeképpen elkezdte írni az "Az első jelentéstervezetet az EDVAC-ról" című munkát, a fennmaradó befejezetleneket, amelyben a tudományos közösségnek teljesen új ötletet adott a számítógépes architektúrának.

Von Neumann elvek

Az informatika, mint tudomány 1945-ben, patthelyzetben volt, hiszen minden memóriában tárolt számítógép a 10. formában feldolgozott számokat, és a műveletek elvégzésére szolgáló programokat úgy állították be, hogy a jumpereket a patch panelre telepítették.

Ez nagymértékben korlátozta a számítógépek képességeit. Valódi áttörés lett von Neumann elve. Röviden, egy mondatban fejezhetõ ki: a bináris számrendszerre való áttérés és a tárolt program elve.

elemzés

Vegyük fontolóra, milyen elveken alapul a von Neumann gép klasszikus szerkezete:

1. Átmenet a bináris rendszerhez tizedesből

Ez a Neumann-architektúra elve lehetővé teszi számunkra, hogy meglehetősen egyszerű logikai eszközöket használjunk.

2. Elektronikus számítógép szoftvervezérlése

A számítógép működését egy sor egymás után végrehajtott utasítás vezérli. Az első gépek kifejlesztése a memóriában tárolt programmal megteremtette a modern programozás alapjait.

3. A számítógép memóriájában tárolt adatok és programok együtt tárolódnak

Ebben az esetben mind az adatok, mind a programparancsok ugyanolyan módon íródnak a bináris rendszerben, így bizonyos helyzetekben ugyanazokat a műveleteket hajthatjuk végre, mint a fentiek.

vizsgálat

Ezenkívül a Fonnemann gép szerkezete a következő jellemzőkkel rendelkezik:

1. A memóriakártyák sorszámozott sorszámú címek

Ennek az elvnek az alkalmazásával lehetővé vált a változók használata a programozásban. Különösen bármikor hivatkozhat egy adott memóriahelyre a címében.

2. A program végrehajtásakor feltételes átruházás lehetősége

Amint már említettük, a programokban lévő parancsokat egymás után kell végrehajtani. Lehetőség van azonban áttérésre a kód bármely területére.

Hogy működik Neumann gépe

Egy ilyen matematikai modell egy memória (ZU), aritmetikai logikai egység (ALU), vezérlő eszköz, valamint bemeneti és kimeneti eszközökből áll. Minden program utasítás a környéken található memóriakártyákon van írva, és a feldolgozásukra vonatkozó adatok önkényes cellákban vannak.

Bármely csapatnak a következőkből kell állnia:

• Adja meg, melyik műveletet kell végrehajtani;
• Memóriacellák címei, amelyekben a megadott művelet által érintett eredeti adatokat tárolják;
• Azok a cellák címei, amelyekre az eredményt meg kell írni.

Az egyes kezdeti adatokon lévő parancsok által jelzett műveleteket az ALU hajtja végre, és az eredményeket memóriasejtekben írják le, vagyis a későbbi megmunkálásra alkalmas formában tárolják, vagy továbbítják a kimeneti eszköznek (monitor, nyomtató, stb.) És a személy számára elérhetők.

A CU vezérli a számítógép minden részét. Ettől a többi eszközhöz jeleket kap, "mit kell csinálni", és más eszközökről információt kap arról, hogy milyen állapotban vannak.

A vezérlõeszköznek van egy speciális regisztere, amelyet az SC "parancsszámlálójának" neveznek. Miután betöltötte a forrásadatokat és a programot a memóriába, az SC írja az 1. parancs címét. Az UC elolvassa a cella tartalmát a számítógép memóriájából, amelynek címe az SC-ben, és elhelyezi azt a "Command Register" -ban. A vezérlőeszköz határozza meg az adott parancsnak megfelelő műveletet, és a "memória" jeleket a számítógép memóriájában azon adatokkal, amelyek címét jelöli. Ezenkívül az ALU vagy a számítógépes hardver továbbadja a műveletet, amely után az SC tartalma egy, azaz a következő parancsot jelöli.

kritika

A von Neumann architektúra hiányosságai és modern perspektívái továbbra is tárgyalások tárgyát képezik. Az a tény, hogy a kiemelkedő tudós által kifejlesztett elvek alapján létrehozott gépek nem tökéletesek, nagyon régen észrevehető.

Ezért a számítástechnikai vizsgabiztonsági jegyekben gyakran megtalálják azt a kérdést, hogy "milyen vonalat von Neumann architektúrája és milyen hátrányai vannak".

A második rész megválaszolásakor meg kell jelölni:

• A magas szintű programozási nyelvek és a parancsrendszer közötti szemantikai hézag jelenléte miatt;
• Az OP összehangolása és a processzor sávszélessége;
• A kialakulóban lévő szoftveres válság miatt, ami annak a ténynek a következménye, hogy létrehozásának költsége jóval alacsonyabb, mint a hardverfejlesztés költsége, és nincs lehetőség a program teljes körű tesztelésére;
• A kilátások hiánya a sebesség szempontjából, mivel elméleti korlátja már elért.

Ami azt illeti, hogy melyik elv nem illik von Neumann architektúrájához, akkor egy többprocesszoros architektúrában rejlő nagyszámú adatfolyamok és parancsok párhuzamos megszervezéséről beszélünk.

következtetés

Most már tudod, hogy a von Neumann architektúra nem felel meg. Nyilvánvaló, hogy a tudomány és a technológia nem állnak meg, és talán hamarosan teljesen új típusú számítógépek fognak megjelenni minden házban, amelyeknek köszönhetően az emberiség új fejlettségi szintet fog elérni. By the way, felkészülni a vizsga segít a képzési program "Architecture von Neumann." Az ilyen digitális oktatási források megkönnyítik az anyag tanulásának lehetőségét, és lehetőséget nyújtanak az ismereteik értékelésére.