Arsitektur von Neumann: sajarah ngeunaan lumangsungna istilah

Arsitektur of von Neumann, kawanoh ogé salaku modél von Neumann, atawa arsitektur Princeton, dumasar padika nu dijelaskeun dina 1945, ahli matematika jeung fisika John von Neumann dina laporan "teh munggaran draf" tina hiji EDVAC komputer.

Arsitektur circuit

laporan digambarkeun von Neumann diagram arsitéktur ti komputer digital éléktronik kalawan bagéan diwangun ku unit processing, ngawengku:

• hiji Unit logika arithmetic;
• registers tina processor;
• unit kontrol Wanadri hiji instruksi register na program counter;
• a mémori keur nyimpen data;
• hiji alat panyimpen éksternal;
• asupan jeung kaluaran mékanisme.

Hartina ngembangkeun diwangun dina kanyataan yén sagala informasi disimpen dina émbaran komputer bisa dipaké ku program, nu operasi, data dipilih teu bisa dicoo dina waktos anu sareng, sabab bagikeun beus umum. Hal ieu disebutkeun dina "draft munggaran", nu ngajelaskeun élmuwan pamikiran ngeunaan naon arsitéktur kedah. Von Neumann disebutna kaayaan "bottleneck", nu mindeng watesan kinerja sistem.

Prinsip arsitektur von Neumann

Digital komputer - komputer, nyimpen program anu ngandung instruksi program, data bacaan, tulisan, sarta ogé ngawengku acak memori aksés (RAM). Prinsip Arsitéktur ku John von Neumann outlined dina karyana "The proyék munggaran." Nurutkeun manéhna, komputer disimpen dina mémori program éta hiji pamutahiran leuwih kontrol komputer, kayaning ENIAC. dimungkinkeun dina ieu diprogram ku netepkeun saklar, sarta panempatan of patch dina, hasilna routing data jeung kontrol sinyal antara rupa blok fungsional. Dina Lolobana memori ogé dipaké ku komputer modern di jalan ieu. Kituna arsitéktur komputer von Neumann mah béda, contona, ti Harvard, supaya teu ngagunakeun mémori utama jeung cache.

prasajarah

The komputer mimiti dibere program maneuh. Sababaraha komputer pisan basajan kénéh ngagunakeun desain ieu atawa keur kesederhanaan atanapi pelatihan tujuan. Contona, hiji kalkulator desktop oge komputer kalawan program maneuh. Bisa dianggo kalayan dasar matematika, tapi henteu bisa dipaké salaku processor Kecap , atawa konsol kaulinan. Ngarobah program mesin dibereskeun merlukeun rewiring, restructuring atanapi reorganisasi tina aparat teh. The komputer pangheubeulna éta teu jadi sempit, sabab geus ngembangkeun pikeun kahiji kalinya jeung keur kaperluan ilmiah. Reprogramming mucunghul teuing engké na ieu proses laborious, saprak diagram block jeung uang na tungtung desain lengkep. Utamana hésé éta prosés modernisasi tina saluran recovery mesin fisik. Butuh instalasi tilu minggu on ENIAC na nyobian sangkan eta jalan.

Hiji gagasan anyar

Kalawan komputer, nyimpen program dina ingetan, sagalana robah. Disimpen dina mémori, aranjeunna design sareng set paréntah. Ieu ngandung harti yén mesin bisa geura meunang hiji set paréntah pikeun ngalakonan itungan.

Desain program sapertos hubungan kana kode timer modifying. Salah sahiji mimiti tutuwuhan pikeun obyek misalna hiji éta peryogi kanggo hiji algoritma pikeun ngaronjatkeun atawa lamun heunteu ngarobah bagéan alamat tina paréntah. Anjeunna disimpen sacara manual di desain mimiti. Ieu janten kurang pentingna nalika indéks registers tur langsung alamat janten ciri umum kasurupan ku arsitéktur komputer mesin John von Neumann. Mangpaat séjén - nyelapkeun data remen dipaké dina aliran tina paréntah jeung solusi saharita. Tapi kodeu timer modifying ka extent badag geus dikritik sabab biasana hese ngarti jeung debug. Sajaba ti éta, anjeunna ogé kabukti teu epektip dina istilah baranahan tur cache schemes of prosesor modern.

Ku tur badag, kamampuhan pikeun ngubaran parentah sakumaha data - ieu téh naon ngajadikeun assemblers, compilers, assemblers, loaders sarta instrumen séjénna kalawan objék mungkin program otomatis. Jadi mun nyarita, nulis program anu nulis program. Dina skala nu leuwih leutik, ngulang deui sengit asupan jeung kaluaran operasi, kayaning Manipulasi BitBlt-gambar primitif atawa piksel na vertex shaders dina 3D-grafik modéren, geus kapanggih janten teu epektip pikeun ngajalankeun tanpa alat pamaké.

Ngembangkeun konsep disimpen dina mémori program

Matematikawan Alan Turing, anu miboga minat dina masalah logika matematik sanggeus ceramah Max Newman urang di Cambridge University, wrote hiji artikel dina 1936, ieu diterbitkeun dina edisi nu London Mathematical Society. Di dinya, anjeunna digambarkeun hiji mesin hypothetical, anu anjeunna disebut "mesin komputasi universal", sarta nu ayeuna dipikawanoh salaku mesin Turing universal. Manehna kungsi neundeun wates (dina terminologi modern - memori), nu ngandung duanana parentah jeung data, anu dijieun jeung jembar. Von Neumann jadi acquainted jeung Turing dina hiji waktu nalika anjeunna profesor ngadatangan di Cambridge dina 1935, sarta dina kursus defending disertasi doktor na di Turing Institute pikeun Advanced Study di Princeton (New Jersey) dina 1936-1937.

Bebas Ji Presper Eckert jeung Dzhon Mochli, anu dimekarkeun ENIAC Sakola Téknik Eléktro di University of Pennsylvania, wrote ngeunaan konsép mesin, anu nyimpen program dina mémori dina bulan Désémber 1943. Nalika perencanaan hiji mesin anyar, nu EDVAC, Eckert wrote dina Januari 1944 yén nagara éta bakal nyimpen data sarta program dina alat memori addressable anyar maké reureuh logam raksa. Ieu kahiji waktos pangwangunan hiji mesin prakték nu nyimpen program dina mémori geus diusulkeun. Dina waktu nu sarua, manehna jeung Mauchly éta teu sadar karya Turing (gambar handap).

arsitéktur komputer: Prinsip Von Neumann

Von Neumann ieu aub dina "Manhattan Project" di Laboratorium Nasional Los Alamos, anu diperlukeun hiji jumlah badag ngitung. Ieu katarik anjeunna ka proyék dina usum panas tina 1944, anu ENIAC. Aya anjeunna ngagabung dina diskusi dina komputer ngembangkeun EDVAC. Dina grup ieu, manéhna nulis hiji makalah nu judulna "A draf laporan heula dina EDVAC», dumasar karya Eckert jeung Mauchly. Ieu tacan beres lamun batur sapagawean na Maman disebarkeun proyék kalawan von Neumann (ku jalan, Eckert jeung Mauchly anu ngabéwarakeun warta ieu). dokumen ieu geus dibaca ku puluhan kolega von Neumann di Amérika jeung Éropa sarta miboga dampak profound dina tahap salajengna tumuwuhna komputer.

Prinsip dasar arsitektur von Neumann, sakumaha diatur kaluar dina "draft kahiji," massana popularitas lega, bari Turing katutupan laporan nya dina kalkulator éléktronik, nu geus didadarkeun di jéntré dina rékayasa na programming. Eta geus lain na presentasi mobil pangarang urang, nu ieu disebut otomatis komputasi Engine (Ace). Anjeunna dibere ka panitia eksekutif tina Laboratorium Fisika Nasional Britania dina 1946. Saatos bari malah palaksanaan sukses rupa desain Ace anu dihasilkeun.

mimitian proyék

Jeung proyék sahiji dokumén von Neumann sarta Turing ngajelaskeun hiji komputer nyimpen dina mémori program husus, tapi artikel Von Neumann kahontal sirkulasi gede di masyarakat, sareng arsitektur komputer jadi katelah arsitéktur John von Neumann.

Dina 1945, Professor Neumann, anu lajeng digawé di sakola rékayasa di Philadelphia, dimana anjeunna munggaran ENIAC ieu diwangun, dikaluarkeun atas nama kolega na ngalaporkeun dina desain logis tina komputer digital. laporan nyadiakeun proposal cukup lengkep pikeun pangwangunan dina mesin nu saprak geus jadi dipikawanoh salaku EDVAC. Manéhna geus ngan nembe geus ngadeg di Amérika, tapi laporan geus diideuan kreasi tina von Neumann EDSAC.

Maniacs na Joniacs

Dina 1947, Burks, Maman jeung von Neumann diterbitkeun laporan sejen nu katutupan pangwangunan tipe séjén tina mobil (waktos ieu paralel), nu ieu sakuduna dituju janten pisan gancang, boga kabisa, sugan, mawa nepi ka 20.000 operasi per detik. Aranjeunna nyatet yén masalah unresolved dina pangwangunan ieu ngembangkeun hiji memori cocok, sadaya eusi anu kudu geura-giru aya. Kahiji, aranjeunna diusulkeun ngagunakeun pipah vakum husus, disebut Selectron, nu ieu nimukeun di laboratorium Princeton. tabung sapertos nu mahal, sarta sangkan aranjeunna hésé pisan, utamana lamun anjeun maké arsitéktur ieu. Von Neumann salajengna mutuskeun pikeun ngawangun mobil dumasar kana ingetan Williams urang. mesin ieu, nu ieu réngsé dina bulan Juni 1952 di Princeton, geus jadi maniac dipikawanoh lega (atawa ngan Maniacs). Desain na ieu diideuan ku Birokrat dina pangwangunan nu satengah-belasan atawa alat leuwih sarupa, anu ayeuna keur diwangun di Amérika sarta disebut Johniacs komik.

prinsip nyiptakeun

Salah sahiji anu pang komputer digital modéren, embodying ngembangkeun sarta perbaikan dina tehnik ngitung éléktronik otomatis geus nunjukkeun di Laboratorium Fisika Nasional Teddington, dimana eta ieu dirancang jeung diwangun ku grup leutik tina matematikawan, insinyur sarta insinyur panalungtikan, jeung bantuan ti sababaraha insinyur produksi ti Electric Inggris parusahaan Ltd. alat-alat nu geus tetep di laboratorium, tapi ngan salaku prototipe tina tutuwuhan loba nu leuwih gede, nu katelah otomatis komputasi Engine. Tapi, sanajan beurat relatif leutik tur eusi wungkul 800 valves thermionic, éta mangrupa pisan saum sareng serbaguna mesin cacah.

konsep dasar sarta prinsip abstrak itungan ngagunakeun mesin geus ngarumuskeun ku Dr. Turing dina dasar sarua Society nu London Mathematical taun 1936, tapi damel di mesin sapertos di Inggris geus nyangsang ku perang. Dina 1945, ujian ti masalah nyieun alat sapertos dituluykeun di Laboratorium Fisika Nasional Dr. Vormsli, Superintendent sahiji Departemen Matematika Laboratorium. Anjeunna gabung dina Turing sarta tim leutik na para ahli, sareng kana tata awal 1947 éta sahingga canggih pikeun menerkeun ngadegna grup husus.

The komputer kahiji dina arsitektur von Neumann

Proyek kahiji ngajelaskeun hiji skéma nu geus dipake ku loba universitas sarta korporasi ngawangun komputer sorangan. Di antarana, ngan ILLIAC ORDVAC tur mibanda susunan instruksi cocog.

Klasik arsitektur von Neumann ieu embodied di Manchester mesin eksperimen leutik (SSEM), nicknamed Baby di Universitas Manchester, anu dijieunna peluncuran suksés kahijina ti alat nu nyepeng mémori program, 21 Juni 1948.

EDSAC Universitas Cambridge, kahiji komputer éléktronik praktis nanaon ieu, ieu hasil dibuka kahiji kalina dina bulan Méi 1949.

Ngembangkeun model dijieun

IBM SSEC geus kasempetan mertimbangkeun parentah sakumaha data sarta masarakat awam nunjukkeun January 27 1948. pangabisa ieu affirmed di AS Pat. Sanajan kitu, ieu mesin sawaréh electromechanical, tinimbang hiji pinuh éléktronik. Dina prakték, parentah anu maca ti tape kertas kusabab memori na dugi.

Orok éta kahiji komputer pinuh éléktronik pikeun ngajalankeun program disimpen. Ieu program factoring lumpat pikeun 52 menit, 21 Juni 1948 sanggeus dimimitian sarta itungan basajan ngabagi itungan nu nunjukeun yen dua nomer anu coprime.

ENIAC ieu dirobah digawekeun salaku komputer primitif pikeun maca wungkul, tapi dina arsitektur sarua, sarta geus nunjukkeun ku September 16, 1948, jeung peluncuran program Adele Maman dikelompokeun kalayan bantuan von Neumann.

BINAC spent sababaraha program uji dina bulan Pebruari, Maret na April 1949, sanajan teu réngsé dugi Séptémber 1949. Sajaba ti éta, test ngalir anu dilumangsungkeun (sabagian suksés) komputer éléktronik lianna, nu karakteristik jembar. Von Neumann, ku jalan, sarta terus dianggo dina proyek "Manhattan". Éta kitu lalaki serbaguna.

Évolusi arsitektur Sistim beus

Ngaliwatan puluhan, geus di 60s sarta 70an, komputer sacara umum geus jadi leuwih leutik sarta leuwih gancang, hasilna mangrupa évolusi anu geus undergone arsitektur komputer von Neumann. Contona, dina tampilan ti asupan jeung kaluaran memori ngamungkinkeun masing-masing alat eta, data, sarta parentah tentang kumaha cara ngahijikeun kana sistem nu bakal diprosés, tetep dina mémori. Hiji sistem beus bisa dipaké pikeun nyadiakeun sistem modular kalawan leutik. Ieu kadangkala disebut "rationalization" arsitektur. Dina dekade saterusna, sakapeung microcontrollers basajan teu maké sababaraha potur model has dina raraga ngurangan biaya na ukuranana. Tapi komputer badag turutan arsitéktur ngadegkeun, sabab geus ditambahkeun fitur pikeun ngaronjatkeun kinerja.