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

Ma nehéz elhinni, de számítógépek nélkülamelyről sokan már nem tudják elképzelni az életüket, csak 70 évvel ezelőtt jelent 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, Budapestenegy nagyon gazdag zsidó család, aki később sikerült elérnie a nemesi címet. A gyermekkorától minden területen kiemelkedő képességei voltak. 23 éves korában Neiman már 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 első munkatársa, ahol élete végéig professzorként dolgozott. Neumann tudományos érdekei meglehetősen kiterjedtek voltak. Különösen a kvantummechanika matematikájának és a sejtes automata fogalmának egyik alkotója.

Hozzájárulás az informatikához

Mielőtt megtudjuk, melyik elv nem felel meg a von Neumann-architektúrának, érdekes lesz megtudni, hogyan jött a tudós egy modern számítógép létrehozására.

A robbanások matematikájának szakértője éslázas hullámok, az 1940-es évek elején von Neumann tudományos tanácsadó volt az Amerikai Egyesült Államok hadsereg lőfegyverének 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 a kézikalkulátorokon és később az IBM mechanikus tabulátorain végeztünk, lyukasztók használatával.

Von Neumann megismerkedett a tanfolyam információivalelektronikus-mechanikus és teljesen elektronikus számítógépek létrehozását. Hamarosan ő vonzotta a fejlesztési EDVAC és az ENIAC számítógépet, így a munka írni kezdett: „Az első tervezetét a jelentés az EDVAC», befejezetlen maradt, melyben bemutatták a tudományos közösség egy teljesen új ötlet, hogy mi legyen a számítógépes architektúra.

Von Neumann alapelvei

Az informatika mint tudomány 1945-ben elérte a zsákutcát,mivel a memóriában tárolt összes számítógép a 10. formában feldolgozott számokat, és a műveletek elvégzésére szolgáló programokat úgy állította be, hogy a jumpereket a patch panelre telepítette.

Ez jelentősen korlátozta a lehetőségeketszámítógépek. Valódi áttörés lett von Neumann elveinek. Röviden, egy mondatban fejezhetők 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 egymás után egymás után végrehajtott utasításkészlet vezérli. Az első gépek fejlesztése 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 architektúrája a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

1. A memóriakártyák olyan címeket tartalmaznak, amelyek sorszámozott sorrendben vannak

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

2. A program végrehajtása során feltételes átruházás lehetősége

Amint már említettük, a programokban lévő parancsokat egymás után kell végrehajtani. Van azonban lehetőség arra, hogy áttérjen a kód bármelyik szakaszára.

Hogy működik Neumann

Egy ilyen matematikai modell állmemória (memória), aritmetikai logikai egység (ALU), vezérlés, valamint bemeneti és kimeneti eszközök. Minden program utasítás a környéken található memóriakártyákon van írva, és az adat feldolgozásuk tetszőleges cellákban történik.

Bármely csapatnak a következőkből kell állnia:

• Adja meg, melyik műveletet kell végrehajtani;
• azon memóriacellák címei, amelyekben a megadott művelet által érintett eredeti adatokat tárolják;
• azoknak a celláknak a címét, amelyekre az eredményt meg kell írni.

A konkrét műveletek által meghatározott parancsokA kezdeti adatokat az ALU hajtja végre, és az eredményeket a memóriasejtekbe írják, vagyis a későbbi megmunkáláshoz alkalmas formában tárolják, vagy továbbítják a kimeneti eszközhöz (monitor, nyomtató, stb.) És elérhetőek a személy számára.

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

A vezérlőeszköz különlegesegy regiszter, amelyet az SC "parancsszámlálójának" hívnak. Miután betöltötte az eredeti adatokat és a programot a memóriába, az SC rögzíti az 1. parancsának címét. Az UU elolvassa a cella tartalmát a számítógép memóriájából, annak címe az SC-ben, és elhelyezi azt a "Command Register" -ban. A vezérlõeszköz határozza meg az adott parancsnak megfelelõ mûveletet, és a "memóriában" jelzi azokat az adatokat, amelyek címét jelöli. Továbbá az ALU vagy a számítógépes hardver továbbmegy a művelethez, amely után az SC tartalma egy, azaz a következő parancsot jelöli.

kritika

Hátrányok és az építészet modern perspektíváivon Neumann továbbra is vita tárgyát képezi. Az a tény, hogy a kiemelkedő tudós által előállított elvek által létrehozott gépek nem tökéletesek, nagyon régen észrevehető.

Ezért a számítástechnikai vizsgabizonyon gyakran megtalálják azt a kérdést, hogy "mi vonja von Neumann építészetét és milyen hátrányai vannak".

A második részre válaszolva meg kell jelölni:

• a magas szintű programozási nyelvek és a parancsrendszer közötti szemantikai hézag jelenléte miatt;
• az OP összehangolásának problémájáról és a processzor sávszélességéről;
• a feltörekvő szoftveres válságról,annak köszönhetően, hogy létrehozásának költsége jóval alacsonyabb, mint a hardverek fejlesztésének költsége, és nincs mód a program teljes tesztelésére;
• a gyorsasági kilátások hiánya, mivel elméleti korlátját már elérték.

Ami azt illeti, hogy melyik elv nemmegfelel a von Neumann architektúrának, akkor egy többprocesszoros architektúrában rejlő nagy számú adatfolyam és parancs párhuzamos megszervezéséről beszélünk.

következtetés

Most már tudja, melyik elvmegfelel a von Neumann architektúrának. 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 ér el. Egyébként a "Von Neumann Architecture" szimulációs program segít előkészíteni a vizsgát. Az ilyen digitális oktatási források megkönnyítik az anyag tanulásának lehetőségét, és lehetőséget nyújtanak az ismereteik értékelésére.