Jaký je princip von Neumannovy architektury? Jak funguje stroj von Neumann?

Je těžké uvěřit, ale počítače, bez nichž mnohé již nelze představit život se objevil teprve před asi 70 lety. Jedním z těch, kteří rozhodně přispěli k jejich vytvoření, byl americký vědec John von Neumann. Navrhl zásady, na kterých většina počítačů stále funguje. Zvažte, jak funguje stroj von Neumann.

Krátká životopisná poznámka

János Neumann se narodil v roce 1930 v Budapešti, v zámožné židovské rodiny, který se později podařilo získat šlechtický titul. Od svého dětství se vyznačoval vynikajícími schopnostmi ve všech oblastech. Na 23 let již obhájil svou práci v oblasti experimentální fyziky a chemie. V roce 1930 byl mladý vědec vyzván k práci ve Spojených státech na Princetonské univerzitě. Současně Neumann byl jedním z prvních zaměstnanců Institutu pro politická studia, kde působil jako profesor až do své smrti. Vědecké zájmy Neumanna byly poměrně velké. Především je to jeden ze zakladatelů kvantové mechaniky a matapparata konceptu celulárních automatů.


příspěvek k vědě

Chcete-li zjistit, jaké zásady nesplňuje von Neumannova architektura bude zajímavé sledovat, jak vědci přišli s myšlenkou moderního typu počítače. Být odborník v matematice výbuchů a rázových vln v časných 1940s von Neumann byl vědecký poradce v jedné z laboratoří management municeArmáda Spojených států Na podzim roku 1943, když přijel do Los Alamos k účasti na developerský projekt Manhettэnskoho osobní pozvání jejího ředitele, Robert Oppenheimer. Před ním byl pověřen pro výpočet pevnosti v tlaku ymplozyynoho náboj atomové bomby, aby kritické množství. K vyřešení je zapotřebí rozsáhlé výpočty, které byly provedeny nejprve na ruční kalkulačky, a později na mechanické tabulators společnosti IBM, pomocí děrné štítky.


Von Neumann se setkal s informacemi o vytvoření elektromechanických a plně elektronické počítače. Brzy se podílel na vývoji počítače EDVAC a ENIAC, s tím výsledkem, že začal psát „První návrh zprávy o EDVAC», který zůstal nedokončený, který předložila vědecká komunita zcela novou představu o tom, co by mělo být architektura počítače.

Principy von Neumann

věda jako věda až 1945 zastavil, protože všechny počítače uloží do paměti číslo zpracovány v 10. formě a programy pro operace požádal o pomoc nastavení jumperu na rozvaděči. To značně omezilo možnosti počítačů. Skutečným průlomem byly principy von Neumann. Stručně řečeno, lze vyjádřit jednu větu: přechod na binární systém a princip uloženého programu.

Analýza

Zvažte principy, na kterých je založena klasická struktura stroje von Neumann: 1. Přechod do binárního systému z desítkovéTento princip architektury Neuman umožňuje používat poměrně jednoduché logické zařízení. Vedení 2. Software elektronického počítače, počítačové řízené sady příkazů prováděných za sebou. Vývoj prvního stroje s programem, který je uložen v paměti, položil základ pro moderní programování. 3. Údaje a programy uložené v paměti spolu Údaje a programové příkazy mají stejný způsob psaní binární systém, tak v určitých situacích nad nimi může provádět stejné akce a na data.

Šetření

Kromě toho je architektura Fonneymanovskoy stroj má následující vlastnosti: 1. Paměťové buňky mají adresy, které jsou číslovány postupně Aplikací tohoto principu použít proměnnou v programování. Zejména můžete kdykoli jít do jedné nebo jiné paměťové buňky na své adrese. 2. Možnost podmíněného převod během provádění programu, jak je uvedeno výše, týmy v programech musí být provedeny postupně. Možnost přechodu na libovolnou část kódu se však předpokládá.

Jak je stroj von Neumann

Tento matematický model se skládá z RAM (paměť), aritmetickou logickou jednotku (ALU), kontrola, a vstupní a výstupní zařízení. Všechny příkazy programu jsou zapsány do paměťových buněk umístěných v sousedství, a dat pro zpracování - v libovolných buněk.
Každý tým by měl sestávat z:
  • údaj o tom, která operace musí být provedena;
  • adresa paměťových buněk, ve které jsou uloženy původní údaje, které jsou ovlivněny operací;
  • adresa buněk, ve kterých by měl být výsledek zaznamenán.
  • Tyto operace týmy na konkrétní vstupních dat ALU provedeny a výsledky zaznamenány do paměťové buňky se uloží ve formě vhodné pro další zpracování stroje, nebo přenáší na výstupní zařízení (monitor, tiskárna, atd) a jsou pro člověka k dispozici. UU spravuje všechny části počítače. Z toho ostatní zařízení přijímá signálový příkaz "co dělat" a od ostatních zařízení přijímá informace o stavu, ve kterém jsou umístěny.
    Řídicí jednotka má speciální registr nazvaný "počítadlo příkazů" SC. Po vložení výstupních dat a programu do paměti IC zapíše adresu svého prvního příkazu. UU čte z paměti počítače obsah buňky, jejíž adresa je v SC, a umístí ji do "registru příkazů". Řídicí zařízení určuje operaci odpovídající danému příkazu a "poznámky" v paměti počítače jsou data, jejichž adresy jsou v něm zadány. Vedle ALU nebo počítačový hardware zabírají operace na konci, jehož obsah se mění IC jednotku, která odkazuje na tým.

    Kritika

    Nedostatky a moderní architektura von Neumann vyhlídky i nadále diskutovat. Skutečnost, že stroje jsou vytvořeny na základě předložené tohoto významného učence, není dokonalý, byl pozorován už dávno. Proto na zkouškách vstupenky sInformatika se často setkává s otázkou "jaký princip se shoduje von Neumannova architektura a jaké nevýhody má?". Při zodpovězení druhé části je třeba upřesnit:
  • přítomnost sémantické mezery mezi programovacími jazyky na vysoké úrovni a velitelským systémem;
  • o problému sladění OP a šířky pásma zpracovatele;
  • Je způsobena softwarová krize, protože náklady na její vytvoření jsou mnohem nižší než náklady na vývoj hardwaru a neexistuje možnost úplného testování programu;
  • nedostatečné vyhlídky z hlediska rychlosti, neboť jeho teoretická hranice již byla dosažena.
  • Pokud jde o zásadu, že architektura von Neumanna neodpovídá, mluvíme o paralelním uspořádání velkého množství datových proudů a příkazů, které jsou vlastní multiprocesorové architektuře.

    Závěr

    Nyní víte, jaký princip architektury von Neumanna selže. Je zřejmé, že věda a technologie nejsou na místě a možná brzy v každém domě budou počítače úplně nového typu, kterými lidstvo vstoupí na novou úroveň svého vývoje. Mimochodem, školení "Architektura von Neumann" pomůže připravit se na zkoušku. Takové digitální vzdělávací zdroje usnadňují asimilaci materiálu a poskytují možnost zhodnotit své znalosti.

    Související publikace