Кој е принципот на архитектурата на фон Нејман? Како работи машината von Neumann?

Денес е тешко да се поверува, но компјутерите, без кои многу повеќе не можат да го замислат својот живот, се појавија пред околу 70 години. Еден од оние кои направиле одлучувачки придонес за нивното создавање беше американскиот научник Џон фон Нојман. Тој ги предложил принципите на кои повеќето компјутери сѐ уште работат денес. Размислете како функционира машината von Neumann.

Кратка биографска белешка

Јанош Нејман е роден во 1930 година во Будимпешта, во многу богато еврејско семејство, кое подоцна успеа да ја добие титулата на благородник. Тој се разликуваше од детството со извонредни способности во сите полиња. На 23-годишна возраст, Нејман веќе ја бранеше својата докторска дисертација во експерименталната физика и хемија. Во 1930 година, еден млад научник беше поканет да работи во САД, на Универзитетот Принстон. Истовремено, Нејман стана еден од првите вработени во Институтот за напредни студии, каде што работел како професор до крајот на својот живот. Научните интереси на Нејман биле доста обемни. Особено, тој е еден од креаторите на математиката на квантната механика и концептот на клеточните автоматски.

Придонес кон информатика

Пред да дознаеме кој принцип не одговара на архитектурата на фон Нејман, ќе биде интересно да се научи како научниците дојдоа до идејата за создавање на современ компјутер.

Бидејќи бил експерт во областа на математиката на експлозии и удари, во почетокот на 1940-тите, фон Нојман бил научен консултант во една од лабораториите на Канцеларијата за муниција на Армијата на САД. Во есента 1943 година, тој пристигна во Лос Аламос да учествува во развојот на Проектот Менхетен на лична покана на неговиот лидер, Роберт Опенхајмер. Пред него беше задачата да се пресмета силата на имплозивната компресија на полнењето на атомската бомба на критичната маса. За да се реши, беа потребни големи пресметки, кои во почетокот беа спроведени на калкулатори на рака, а подоцна и на механички табулатори на IBM, со користење на ударни картички.

Фон Нојман се запозна со информациите за напредокот во создавањето електронски механички и целосно електронски компјутери. Наскоро тој беше вклучен во развојот на компјутерите EDVAC и ENIAC, како резултат на што тој почна да ја пишува работата "Првиот нацрт-извештај за EDVAC", останатиот недовршен, во кој тој му презентира на научната заедница сосема нова идеја за тоа што треба да биде компјутерска архитектура.

Принципите на Фон Нојман

Информатиката како наука до 1945 година беше во ќор-сокак, бидејќи сите компјутери складирани во нивната меморија обработуваа броеви во 10-тата форма, а програмите за изведување на операции беа поставени со инсталирање на џемпери на печ-панелот.

Ова во голема мера ги ограничи можностите на компјутерите. Вистински пробив станаа принципите на фон Нојман. Накратко, тие можат да бидат изразени во една реченица: транзицијата кон бинарен број и принципот на зачувана програма.

Анализа

Да разгледаме, на кои принципи се базира класичната структура на машината von Neumann, подетално:

1. Премин во бинарен систем од децимали

Овој принцип на архитектурата Нејман ни овозможува да користиме прилично едноставни логички уреди.

2. Софтверска контрола на електронски компјутер

Работата на компјутерот е контролирана со множество инструкции извршени последователно еден по друг. Развојот на првите машини со програма зачувана во меморијата ги постави темелите за модерно програмирање.

3. Податоците и програмите во меморијата на компјутерот се складираат заедно

Во овој случај, и податоците и програмските команди имаат ист начин на пишување во бинарниот систем, така што во одредени ситуации е можно да се извршат истите дејства како погоре на податоците.

Последици

Покрај тоа, архитектурата на машината Fonnemann ги има следните карактеристики:

1. Мемориските ќелии имаат адреси кои се нумерирани последователно

Благодарение на примената на овој принцип, стана возможно да се користат променливи во програмирањето. Особено, во секое време можете да се однесуваат на одредена меморија локација на нејзината адреса.

2. Можност за условен пренос при извршување на програмата

Како што веќе рековме, командите во програмите мора да бидат извршени последователно. Сепак, можно е да се направи транзиција кон која било област на кодот.

Како функционира машината на фон Нејман?

Таквиот математички модел се состои од мемориска (ЗУ), аритметичка логичка единица (АЛУ), контролен уред, како и влезно-излезни уреди. Сите програмски упатства се напишани во мемориските ќелии лоцирани во соседството, а податоците за нивна обработка се наоѓаат во произволни клетки.

Секој тим треба да се состои од:

• Наведете која операција треба да се изврши;
• Адреси на мемориски ќелии во кои се зачувани оригиналните податоци засегнати од наведената операција;
• Адреси на клетки на кои треба да се запише резултатот.

Операциите прикажани со командите на специфични почетни податоци се изведуваат од ALU, а резултатите се напишани во мемориски ќелии, односно складирани во форма погодна за понатамошна обработка или пренесени на излезниот уред (монитор, печатар, итн.) И достапни за лицето.

CU ги контролира сите делови на компјутерот. Од него до другите уреди примаат сигнали-нарачки "што да прави", и од други уреди прима информации за тоа во која држава се наоѓаат.

Контролниот уред има посебен регистар наречен "команден бројач" на Кометал. По вчитувањето на изворните податоци и програмата во меморијата, SC ги запишува адресите на својата прва команда. UC ја чита содржината на ќелијата од меморијата на компјутерот, чија адреса е во SC, и ја става во "Command Register". Контролниот уред ја одредува операцијата што одговара на одредена команда и "означува" во меморијата на компјутерот податоците чии адреси се наведени во неа. Понатаму, ALU или компјутерскиот хардвер продолжува со операцијата, по што содржината на SC се менува на една, односно ја покажува следната команда.

Критика

Недостатоците и современите перспективи на архитектурата фон Нојман продолжуваат да бидат предмет на дискусија. Фактот дека машините создадени врз принципите што ги наметнал овој извонреден научник не се совршени беше забележано многу одамна.

Затоа, во испит билети за компјутерски науки често може да се најдат на прашањето "кој принцип не архитектурата фон Нејман не соодветствува и какви недостатоци има."

При одговарање на вториот дел, неопходно е да се наведе:

• За присуство на семантички јаз помеѓу високо ниво програмски јазици и командниот систем;
• На проблемот на појавување на OP и пропусниот опсег на процесорот;
• На новите софтверска криза, предизвикана од фактот дека трошокот за неговото создавање е многу помал од трошокот за хардверски развој, и не постои можност за целосно тестирање на програмата;
• Недостатокот на перспективи во однос на брзината, бидејќи нејзината теоретска граница е веќе постигната.

Што се однесува до кој принцип не одговара на архитектурата фон Нејман, тогаш станува збор за паралелна организација на голем број потоци и команди кои се својствени за мултипроцесорска архитектура.

Заклучок

Сега знаете што архитектурата von Neumann не одговара. Очигледно, науката и технологијата не застанат, а можеби и многу скоро, компјутерите со сосема нов тип ќе се појават во секоја куќа, благодарение на што човештвото ќе достигне ново ниво на развој. Патем, се подготват за испитот ќе им помогне на програмата за обука "Архитектура фон Нојман". Ваквите дигитални образовни ресурси го олеснуваат учењето на материјалот и даваат можност да го оценат вашето знаење.