Von Neumann architecture: kasaysayan ng paglitaw ng terminong

Ang arkitektura ng von Neumann, na kilala rin bilang von Neumann modelo, o Princeton architecture, batay sa mga pamamaraan na inilarawan sa 1945, dalubbilang at pisisista John von Neumann sa ulat "Ang unang draft" ng isang computer EDVAC.

Ang circuit architecture

Ang ulat na inilarawan sa von Neumann architecture diagram ng electronic digital computer na may mga bahagi na binubuo ng processing unit, na binubuo ng:

• isang arithmetic logic unit;
• registers ng processor;
• ang control unit na binubuo ng isang rehistro pagtuturo at sa programa counter;
• isang memory para sa pagtatago ng data;
• isang external storage device;
• input at output mekanismo.

Ang ibig sabihin ng pag-unlad ay binubuo sa ang katunayan na ang anumang impormasyon na naka-imbak sa computer na impormasyon ay maaaring gamitin sa pamamagitan ng mga programa, na kung saan ang pagpapatakbo, ang napiling data ay hindi maaaring i-play sa parehong oras, dahil sila ay ibahagi ang isang pangkaraniwang bus. Ito ay nabanggit sa "unang draft", na naglalarawan ang siyentipiko-iisip tungkol sa kung ano architecture ay dapat na. Von Neumann na tinatawag na ang sitwasyong ito "bottleneck", na kung saan ay madalas na naglilimita sa pagganap ng sistema.

Ang prinsipyo ng von Neumann architecture

Digital computer - isang computer, pag-iimbak ng isang programa na binubuo ng mga tagubilin na programa, ang data sa pagbabasa, pagsulat, at kabilang din random access memory (RAM). Mga Prinsipyo ng Architecture ni John von Neumann na binalangkas sa kanyang trabaho "Ang unang proyekto." Ayon sa kanya, mga computer na naka-imbak sa memorya ng program ay isang pagpapabuti sa paglipas ng kontrol ng mga computer, tulad ng ENIAC. Huli ay programmed sa pamamagitan ng pagtatakda ng switch, at pagpapasok ng patch, na nagreresulta sa pagruruta data at kontrol signal sa pagitan ng iba't-ibang functional na mga bloke. Sa karamihan ng memorya ay ginagamit din sa pamamagitan ng mga modernong computer sa ganitong paraan. Kaya computer architecture von Neumann ay naiiba, halimbawa, mula sa Harvard, kaya na ito ay hindi gamitin ang pangunahing at cache memory.

prehistory

Ang unang mga computer ay bibigyan ng isang nakapirming programa. Ang ilang mga napaka-simpleng mga computer pa ring gamitin ang disenyo o para sa pagiging simple o pagsasanay layunin. Halimbawa, ang isang desktop calculator ay din ng isang computer na may isang nakapirming programa. Maaari itong gumana sa mga pangunahing kaalaman ng matematika, ngunit hindi ito maaaring gamitin bilang isang word processor , o isang laro console. Ang pagbabago ng nakapirming machine na programa ay nangangailangan ng rewiring, restructuring o pagbabagong-tatag ng mga patakaran ng pamahalaan. Ang pinakamaagang mga computer ay hindi kaya makitid, habang ang mga ito ay nabuo para sa unang pagkakataon at para sa pang-agham na layunin. Reprogramming lumitaw magkano mamaya at ito ay isang matrabaho proseso, dahil sa ang diagram bloke at banknotes at nagtatapos detalyadong disenyo. Lalo na mahirap ay ang proseso ng paggawa ng makabago ng ang pisikal na machine pagbawi channels. Ito ay maaaring tumagal ng pag-install ng tatlong linggo sa ENIAC at sinusubukan upang gawin itong gumana.

Ang isang bagong ideya

Sa pamamagitan ng isang computer, pag-iimbak ng isang programa sa memorya, lahat ng bagay ay nagbago. Naka-imbak sa memorya, ang mga ito disenyo na may isang hanay ng mga tagubilin. Ang ibig sabihin nito na ang mga machine ay maaaring agad na makakuha ng isang hanay ng mga tagubilin upang isagawa ang mga kalkulasyon.

Ang disenyo ng naturang program na nauugnay sa mga self-pagbabago ng code. Ang isa sa mga unang mga halaman para sa mga naturang isang bagay ay isang pangangailangan para sa isang algorithm upang madagdagan o kung hindi man baguhin ang address na bahagi ng utos. Siya nang manu-mano ay inilagay sa unang bahagi ng disenyo. Ito ay naging mas mahalaga kapag ang index registers at hindi direktang addressing ay naging mga karaniwang katangian na meron ang computer architecture ng John von Neumann machine. Iba pang mga gamit - upang ipasok madalas na ginagamit ng data sa stream ng mga utos na may agarang solusyon. Ngunit ang self-pagbabago ng code sa isang malaking lawak ay na-criticized dahil ito ay karaniwang mahirap na maunawaan at i-debug. Bilang karagdagan, siya din pinatunayan na maging epektibo sa mga tuntunin ng paggawa ng sipi at pag-cache na mga scheme ng modernong processors.

Sa pamamagitan ng at malaki, ang kakayahan upang tratuhin ang mga tagubilin ng data - ito ay kung ano ang gumagawa assemblers, compiler, assemblers, loader at iba pang mga instrumento na may posibleng mga bagay ng automated programming. Kaya na magsalita, upang isulat ang mga programa na magsulat ng mga programa. Sa isang mas maliit na sukat, paulit-ulit na matinding pag-input at output operasyon, tulad ng mga manipulations BitBlt-image primitive o pixel at kaitaasan shader sa modernong 3D-graphics, ay natagpuan na maging hindi epektibo na tumakbo nang walang ang user equipment.

Pagbuo ng isang konsepto na naka-imbak sa memorya ng program

Mathematician Alan Turing, na may isang interes sa ang problema ng matematikal na lohika matapos lektura Max Newman ni sa Cambridge University, ay nagsulat ng isang artikulo sa 1936, ito ay nai-publish sa edisyon ng London matematiko Society. Dito, inilarawan niya ang isang hypothetical machine, kung saan siya tinatawag na "universal computing machine", at na ngayon ay kilala bilang isang unibersal na Turing machine. Siya ay nagkaroon ng walang katapusan na imbakan (sa modernong terminolohiya - memory), na nakapaloob sa parehong mga tagubilin at ang data, na nalikha at ang architecture. Von Neumann naging acquainted sa Turing sa isang pagkakataon kapag siya ay isang pagbisita sa propesor sa Cambridge sa 1935, at sa kurso ng pagtatanggol sa kanyang disertasyon ng doktor sa Turing Institute for Advanced Study sa Princeton (New Jersey) sa 1936-1937.

Nang nakapag-iisa Ji Presper Eckert at Dzhon Mochli, na binuo ENIAC School of Electrical Engineering sa University of Pennsylvania, sinulat ni tungkol sa ang konsepto ng machine, na nag-iimbak ang programa sa memorya sa Disyembre 1943. Kapag pagpaplano ng isang bagong machine, ang EDVAC, Eckert ay sumulat sa Enero 1944 na ito ay mag-imbak ang data at mga programa sa bagong device addressable memory gamit metallic mercury pagkaantala. Ito ay ang unang pagkakataon na ang konstruksiyon ng isang practice machine na nag-iimbak ang programa sa memorya ay nai-iminungkahi. Kasabay nito, siya at Mauchly ay hindi magkaroon ng kamalayan ng ang trabaho ng Turing (nakalarawan sa ibaba).

Computer architecture: Von Neumann prinsipyo

Von Neumann ay kasangkot sa "Manhattan Project" sa National Laboratory sa Los Alamos, na kung saan ay nangangailangan ng isang malaking halaga ng mga pag-compute. Ito ay attracted siya sa proyekto sa tag-araw ng 1944, ang ENIAC. Doon siya sumali sa talakayan sa pagbuo EDVAC computer. Sa loob ng grupong ito, siya wrote isang papel na pinamagatang "Isang unang draft na ulat sa EDVAC», batay sa mga gawain ng Eckert at Mauchly. Ito ay hindi natapos na kapag ang kanyang mga kasamahan Goldstein ipinamamahagi proyekto na may von Neumann (sa pamamagitan ng ang paraan, Eckert at Mauchly ay masindak sa ito ng balita). Ang dokumentong ito ay mabasa ng dose-dosenang mga kasamahan von Neumann sa Amerika at Europa at nagkaroon ng malalim na epekto sa susunod na yugto ng computer na pag-unlad.

Ang pangunahing mga prinsipyo ng von Neumann architecture, tulad ng itinakda sa "unang draft," nagkamit malawak na katanyagan, habang Turing sakop ang kanyang ulat sa electronic calculator, na kung saan ay inilarawan sa detalye sa engineering at programming. Ito ay nakasaad at pagtatanghal ng kotse ng may-akda, na kung saan ay tinatawag na ang Automatic Computing Engine (ACE). iniharap niya ito sa executive committee ng British National Physical Laboratory sa 1946. Pagkatapos ng isang habang kahit na ang matagumpay na pagpapatupad ng iba't-ibang disenyo ng ACE ay ginawa.

simulan ang mga proyekto

At ang mga proyekto ng von Neumann at Turing dokumento na naglalarawan ng isang computer sa pag-iimbak sa memory ng isang tiyak na programa, ngunit ang artikulong Von Neumann nakamit mas malawak na sirkulasyon sa lipunan, at computer architecture naging kilala bilang John von Neumann architecture.

Sa 1945, Propesor Neumann, na pagkatapos ay nagtrabaho sa engineering school sa Philadelphia, kung saan siya unang ENIAC ay binuo, na inisyu sa ngalan ng kanyang mga kasamahan-ulat sa mga lohikal na disenyo ng mga digital na mga computer. Ang ulat ay nagbibigay ng isang medyo detalyadong panukala para sa pagbuo ng machine, na mula noon ay naging kilala bilang ang EDVAC. Siya ay lamang kamakailan-lamang ay itinatag sa Amerika, ngunit ang isang ulat ay inspirasyon ang paglikha ng von Neumann EDSAC.

Maniacs at Joniacs

Noong 1947, Burks, Goldstein at von Neumann-publish ng isa pang ulat na sakop sa pagtatayo ng isa pang uri ng kotse (ito oras parallel), kung saan ay dapat na maging lubhang mabilis, kaya, marahil, upang magdala ng hanggang sa 20,000 mga operasyon sa bawat segundo. Sila ay nabanggit na ang mga hindi nalutas na problema sa ang konstruksiyon ng ito ay ang pagbuo ng isang angkop na memory, ang lahat ng mga nilalaman ng kung saan ay dapat na agad-agad na makukuha. Una, sila ay iminungkahi na gumamit ng isang espesyal na vacuum tube, na tinatawag na Selectron, na kung saan ay imbento sa Princeton laboratoryo. Ang ganitong mga tubes ay mahal, at gumawa ng mga ito lubhang mahirap, lalo na kung ikaw ay gumagamit ng ito architecture. Von Neumann magkakasunod na ay nagpasya na bumuo ng isang sasakyan batay sa ni Williams memorya. Ito machine, na kung saan ay natapos sa Hunyo 1952 at Princeton, ay naging malawak na kilala MANIAC (o lamang Maniacs). Nito disenyo ay inspirasyon ng mga tagalikha sa konstruksiyon ng kalahating dosena o higit pang mga katulad na mga aparato, na kung saan ay ngayon ay binuo sa Amerika at tinatawag na comic Johniacs.

mga prinsipyo ng paglikha

Isa sa mga pinaka-modernong digital computer, embodying-unlad at pagpapabuti sa pamamaraan ng awtomatikong electronic pagkwenta ay nagpakita sa National Physical Laboratory sa Teddington, kung saan ito ay dinisenyo at binuo sa pamamagitan ng isang maliit na grupo ng mga mathematicians, mga inhinyero at pananaliksik inhinyero, sa tulong ng isang bilang ng mga inhinyero ng produksyon mula sa Ingles Electric Company Ltd. Ang mga kagamitan ay pa rin sa laboratoryo, ngunit lamang bilang isang prototype ng isang mas malaking halaman, na kung saan ay kilala bilang ang Automatic Computing Engine. Ngunit, sa kabila ng relatibong maliit na timbang at nilalaman ng lamang 800 thermionic valves, ito ay isang lubhang mabilis at maraming nagagawa nadaragdagan pa machine.

Basic concepts at abstract prinsipyo ng pagkalkula ng paggamit ng makina ay formulated sa pamamagitan ng Dr. Turing sa batayan ng parehong London matematiko Kapisanan sa 1936, ngunit gumagana sa naturang machine sa UK ay natagalan sa pamamagitan ng digmaan. Sa 1945, ang pagsusuri ng mga problema ng paglikha ng mga naturang device nagpatuloy sa National Physical Laboratory Dr. Vormsli, Superintendent ng Department of Mathematics Laboratory. Siya ay sumali sa Turing at ang kanyang maliit na pangkat ng mga eksperto, at sa 1947 preliminary planning ay may sapat na mga advanced na upang bigyang-katwiran ang pagtatatag ng isang espesyal na grupo.

Ang unang computer sa von Neumann architecture

Ang unang proyekto ay naglalarawan ng isang scheme na ginagamit ng maraming mga unibersidad at mga korporasyon upang bumuo ng kanilang sariling mga computer. Kabilang sa mga ito, lamang ILLIAC ORDVAC at magkaroon compatible pagtuturo set.

Classical von Neumann architecture ay katawanin sa Manchester maliit na pang-eksperimentong machine (SSEM), palayaw Baby sa University of Manchester, na kung saan ginawa ang kanyang unang matagumpay na paglunsad ng aparato na humahawak sa programa ng memorya, 21 Hunyo 1948.

EDSAC University of Cambridge, ang unang praktikal electronic computer ng ganitong uri, ay matagumpay na inilunsad sa unang pagkakataon Mayo 1949.

Ang pag-unlad ng mga nabuong mga modelo

IBM SSEC nagkaroon ng pagkakataon upang isaalang-alang ang mga tagubilin ng data at sa publiko nagpakita Enero 27, 1948. kakayahan na ito ay affirmed sa US Pat. Gayunpaman, ito ay bahagyang electromechanical machine, sa halip na isang ganap na electronic. Sa pagsasanay, ang mga tagubilin ay basahin mula sa papel tape dahil sa kanyang limitadong memorya.

Baby ang unang ganap na electronic computer upang patakbuhin ang naka-imbak na mga programa. Ito factoring programa tumakbo para sa 52 minuto, 21 Hunyo 1948 pagkatapos simulan at isang simpleng pagkalkula ng paghati sa pagkalkula na nagpapakita na ang dalawang numero ay coprime.

ENIAC ay binago upang gumana tulad ng isang primitive na computer para sa read-only, ngunit sa parehong architecture, at ito ay ipinapakita ng Septiyembre 16, 1948, at ang paglunsad ng Adele Goldstein program na inorganisa sa tulong ng von Neumann.

BINAC nagastos ng ilang mga programa test noong Pebrero, Marso at Abril 1949, bagaman hindi ito ay nakumpleto hanggang Setyembre 1949. Sa karagdagan, test tumatakbo ay natupad (ang ilang mga matagumpay na) iba pang mga electronic computer, na kung saan ay katangian ng arkitektura. Von Neumann, sa pamamagitan ng ang paraan, at patuloy na magtrabaho sa proyekto "Manhattan". Iyan ay tulad ng isang maraming nalalaman tao.

Ebolusyon ng bus sistema ng architecture

Sa pamamagitan ng mga dekada, na sa 60s at 70s, mga computer sa pangkalahatan ay naging mas maliit at mas mabilis, na nagreresulta sa isang evolution na undergone ang computer architecture von Neumann. Halimbawa, ang display ng input at output ng memorya ay nagbibigay-daan sa kanya-kanyang mga aparato, data, at mga tagubilin sa kung paano upang maisama sa system na kung saan ay na-proseso, ay mananatili sa memorya. Isang bus sistema ay maaaring gamitin upang magbigay ng isang modular sistema na may mas maliit. Ito ay minsang tinatawag na "rationalization" ng architecture. Sa kasunod na dekada, minsan simpleng microcontrollers huwag gumamit ng ilang mga tampok ng isang tipikal na modelo upang mabawasan ang gastos at laki. Ngunit malaking computer sundin ang mga naitatag architecture, bilang sila ay nagdagdag na mga tampok upang mapabuti ang pagganap.