Ნეიმანის არქიტექტურა: ისტორია კლების ტერმინი

არქიტექტურა ფონ Neumann, ასევე ცნობილი როგორც ნეიმანის მოდელი, Princeton არქიტექტურა, საფუძველზე აღწერილი 1945 წელს, მათემატიკოსი და ფიზიკოსი ჯონ ფონ ნოიმანი ანგარიშში "პირველი პროექტი" კომპიუტერი EDVAC.

ჩართვა არქიტექტურა

ანგარიშში აღნიშნულია, რომ ნეიმანის არქიტექტურა სქემა ელექტრონული ციფრული კომპიუტერი ნაწილები შედგება გადამამუშავებელი ერთეული, რომელიც მოიცავს:

• არითმეტიკული ლოგიკა ერთეული;
• რეესტრებს პროცესორი;
• კონტროლის ერთეული მოიცავს ინსტრუქციის რეგისტრაცია და პროგრამა counter;
• მეხსიერების შენახვის მონაცემები;
• გარე შენახვის მოწყობილობა;
• შემავალი და გამომავალი მექანიზმები.

მნიშვნელობა განვითარების შედგებოდა იმაში, რომ ნებისმიერი ინფორმაცია ინახება კომპიუტერში ინფორმაცია შეიძლება იქნას გამოყენებული პროგრამა, რომელშიც ოპერაცია, შერჩეული მონაცემები ვერ ითამაშა, ამავე დროს, იმიტომ, რომ ისინი იზიარებენ საერთო ავტობუსი. აღნიშნულია, რომ "პირველი პროექტი", სადაც აღწერილია მეცნიერი ფიქრობდა, თუ რა არქიტექტურა უნდა იყოს. ნეიმანის მოუწოდა ამ სიტუაციაში "bottleneck", რომელიც ხშირად ზღუდავს შესრულების სისტემა.

პრინციპები ნეიმანის არქიტექტურა

ციფრული კომპიუტერი - კომპიუტერი, შენახვის პროგრამა, რომელიც მოიცავს პროგრამის ინსტრუქციებს, მონაცემები კითხვა, წერა, და ასევე მოიცავს წვდომის მეხსიერება (RAM). პრინციპები არქიტექტურა ჯონ ფონ ნეიმანის ასახული მისი მუშაობა "პირველი პროექტი." მისი თქმით, კომპიუტერები ინახება პროგრამის მეხსიერებაში იყო გაუმჯობესება მეტი კონტროლი კომპიუტერი, როგორიცაა ENIAC. ეს უკანასკნელი იყო დაპროგრამებული მიიღწევა კონცენტრატორები და ჩასმა patch, რის შედეგადაც routing მონაცემები და კონტროლის სიგნალები შორის სხვადასხვა ფუნქციონალური ბლოკების. უმრავლეს მეხსიერების ასევე გამოიყენება თანამედროვე კომპიუტერების ამ გზით. ამგვარად კომპიუტერის არქიტექტურა ნეიმანის განსხვავდება, მაგალითად, ჰარვარდის, ისე, რომ არ გამოიყენებს ძირითადი და cache მეხსიერება.

წინაისტორია

პირველი კომპიუტერი გადაეცათ ფიქსირებული პროგრამა. ძალიან მარტივი კომპიუტერი მაინც გამოიყენოს ეს დიზაინი და სიმარტივის და სასწავლო მიზნებისათვის. მაგალითად, დესკტოპის კალკულატორი ასევე კომპიუტერულ ფიქსირებული პროგრამა. მას შეუძლია მუშაობა საფუძვლები მათემატიკა, მაგრამ ეს არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც სიტყვა პროცესორი , ან თამაშების კონსოლი. იცვლება ფიქსირებული მანქანა პროგრამა მოითხოვს rewiring, რესტრუქტურიზაციის ან რეორგანიზაციის აპარატი. ადრეული კომპიუტერი არ იყო იმდენად ვიწრო, რადგან ისინი უკვე შემუშავებული პირველად და სამეცნიერო მიზნებით. Reprogramming გაჩნდა გაცილებით გვიან და ეს იყო ძალიან შრომატევადი პროცესი, ვინაიდან ბლოკი დიაგრამები და ფულის და დამთავრებული დეტალური დიზაინით. განსაკუთრებით რთული იყო მოდერნიზაციის პროცესი ფიზიკური მანქანა აღდგენა არხებით. მას შეუძლია მიიღოს სამი კვირის მონტაჟი ENIAC და ცდილობს, რათა ის იმუშავებს.

ახალი იდეა

კომპიუტერი, შენახვის პროგრამის მეხსიერებაში, ყველაფერი შეიცვალა. ინახება მეხსიერებაში, ისინი დიზაინის კომპლექტი ინსტრუქციები. ეს იმას ნიშნავს, რომ მანქანა შეიძლება დაუყოვნებლივ მიიღოს კომპლექტი ინსტრუქციას განახორციელოს გათვლები.

დიზაინი ასეთი პროგრამების ეხება თვითმმართველობის შეცვლის კოდი. ერთ-ერთი პირველი მცენარეთა ასეთი ობიექტი იყო საჭიროება ალგორითმი გაზრდის ან სხვაგვარად შეცვლის მისამართი ნაწილი ბრძანებები. იგი მოათავსეს ხელით დასაწყისში დიზაინით. ეს გახდა ნაკლებად მნიშვნელოვანია, როდესაც ინდექსი რეგისტრები და არაპირდაპირი გამოსვლისას გახდა საერთო მახასიათებლები გააჩნდა კომპიუტერის არქიტექტურა ჯონ ფონ ნოიმანი მანქანები. სხვა მიზნებისათვის - ჩადეთ ხშირად გამოიყენება მონაცემების ნაკადი ბრძანებები დაუყოვნებლივ გადაწყვეტილებები. მაგრამ თვითმმართველობის შეცვლის კოდი მეტწილად უკვე გააკრიტიკა იმის გამო, რომ, როგორც წესი, რთული გასაგებია და გამართვის. გარდა ამისა, მან ასევე დაადასტურა, რომ არაეფექტური თვალსაზრისით რეპროდუქცია და ქეშირების სქემები თანამედროვე პროცესორები.

მიერ და დიდი, უნარი მკურნალობა მითითებებს მონაცემებით - ეს არის ის, რაც ამწყობი, compilers, ამწყობი, მტვირთავები და სხვა ინსტრუმენტების შესაძლო ობიექტების ავტომატური პროგრამირების. ასე ვთქვათ, დაწერა პროგრამების დაწერა პროგრამები. მცირე მასშტაბით, განმეორებითი ინტენსიური შემავალი და გამომავალი ოპერაციები, როგორიცაა BitBlt სურათი მანიპულაციები პრიმიტიული ან პიქსელზე და vertex shaders თანამედროვე 3D გრაფიკა, უკვე აღმოჩნდა არაეფექტური აწარმოებს გარეშე მომხმარებლის აღჭურვილობა.

განვითარების კონცეფცია ინახება პროგრამის მეხსიერება

მათემატიკოსი ალან ტიურინგის, რომელიც ჰქონდა ინტერესი პრობლემის მათემატიკური ლოგიკა შემდეგ Max Newman ლექციები კემბრიჯის უნივერსიტეტის დაწერა სტატია 1936 წელს გამოიცა გამოცემა London მათემატიკოსთა საზოგადოება. მასში, მან ჰიპოთეტური მანქანა, რომელიც მან "უნივერსალური გამომთვლელი მანქანა", და რომელიც არის ცნობილი როგორც უნივერსალური ტიურინგის მანქანა. მას უსასრულო შენახვის (თანამედროვე ტერმინოლოგია - მეხსიერება), რომელიც შეიცავს ორივე მითითებებს და მონაცემები, რომელიც შეიქმნა და არქიტექტურა. ნეიმანის გაეცნო Turing იმ დროს, როდესაც ის იყო მოწვეული პროფესორი კემბრიჯის 1935 წელს, და, რა თქმა უნდა იცავდა სადოქტორო დისერტაცია ტურინგის ინსტიტუტი Advanced სასწავლო პრინსტონის (New Jersey) in 1936-1937.

დამოუკიდებლად Ji Presper Eckert და dzhon Mochli, რომელიც განვითარებული ENIAC სკოლის ელექტროტექნიკა უნივერსიტეტის Pennsylvania, წერდა კონცეფცია მანქანა, რომელიც ინახავს პროგრამის მეხსიერებაში დეკემბერში 1943. როდესაც გეგმავს ახალი მანქანა, EDVAC, Eckert წერდა იანვარი 1944, რომ ეს იქნება შესანახად მონაცემების და პროგრამების ახალი მოწყობილობა სამისამართო მეხსიერების გამოყენების მეტალის mercury დაგვიანებით. ეს იყო პირველი შემთხვევა, მშენებლობის პრაქტიკა მანქანა, რომელიც ინახავს პროგრამის მეხსიერებაში უკვე შესთავაზა. ამავე დროს, ის და Mauchly არ იცის მუშაობის Turing (სურათები ქვემოთ).

კომპიუტერის არქიტექტურა: ნეიმანის პრინციპი

ნეიმანის ჩართული იყო "მანჰეტენის პროექტი" ეროვნული ლაბორატორიის ლოს ალამოსის, რომელიც საჭიროა დიდი ოდენობით გამოთვლები. ეს იზიდავს მას პროექტის ზაფხულში 1944 ENIAC. არსებობს იგი შეუერთდა დისკუსიების განვითარების EDVAC კომპიუტერში. ამ ჯგუფში, მან დაწერა სტატია სათაურით "პირველი პროექტი ანგარიშს EDVAC», რომელიც ეფუძნება მუშაობის Eckert და Mauchly. ეს იყო დაუმთავრებელი, როდესაც მისი კოლეგა Goldstein გავრცელება პროექტის ნეიმანის (სხვათა შორის, Eckert და Mauchly შეძრწუნებულნი იყვნენ ეს ამბავი). ეს დოკუმენტი უკვე წაიკითხეს ათობით კოლეგებს ნეიმანის ამერიკასა და ევროპაში და ჰქონდა ღრმა გავლენა მომდევნო ეტაპზე კომპიუტერული განვითარების.

ძირითადი პრინციპები ნეიმანის არქიტექტურა, როგორც გადმოცემულია "პირველი პროექტი," მოიპოვა ფართო პოპულარობა, ხოლო Turing დაფარული მისი ანგარიში ელექტრონული კალკულატორი, რომელიც უკვე დეტალურადაა აღწერილი, საინჟინრო და პროგრამირების. ეს უკვე განაცხადა, პრეზენტაცია და ავტორის მანქანა, რომელსაც ავტომატური Computing ძრავის (ACE). მან წარმოადგინა ის აღმასრულებელი კომიტეტის ბრიტანეთის ეროვნული ფიზიკური ლაბორატორია 1946 წელს. რამდენიმე ხნის შემდეგ კი წარმატებით განხორციელების სხვადასხვა ACE დიზაინით იქნა წარმოებული.

დაწყება პროექტები

და პროექტის ნეიმანის და ტურინგის დოკუმენტების აღწერს კომპიუტერში შენახვის მეხსიერების კონკრეტული პროგრამა, მაგრამ სტატიაში ნეიმანის მიღწეული დიდი მიმოქცევაში საზოგადოებაში და კომპიუტერის არქიტექტურა ცნობილი გახდა, როგორც ჯონ ფონ ნოიმანი არქიტექტურა.

1945 წელს, პროფესორი Neumann, რომელიც შემდეგ მუშაობდა საინჟინრო სკოლა ფილადელფიაში, სადაც იგი პირველი ENIAC აშენდა, სახელით გაცემული მისი კოლეგები ანგარიშს ლოგიკური დიზაინი ციფრული კომპიუტერი. ანგარიშში საკმაოდ დაწვრილებით არის წინადადება სამშენებლო მანქანა, რომელიც მას შემდეგ გახდა ცნობილი, როგორც EDVAC. მან ახლახანს შეიქმნა ამერიკაში, მაგრამ ანგარიში შთაგონებული შექმნის ნეიმანის EDSAC.

Maniacs და Joniacs

1947 წელს, Burks, Goldstein და ნეიმანის გამოაქვეყნა მეორე ანგარიში, რომელიც მოიცავდა მშენებლობის კიდევ ერთი ტიპის ავტომობილი (ამ დროს პარალელურად), რომელიც უნდა იყოს ძალიან სწრაფი, შეუძლია, ალბათ, შეასრულოს 20,000 ოპერაციის შესრულება წამში. მათ აღნიშნეს, რომ მოუგვარებელ პრობლემად მშენებლობა ეს იყო განვითარების შესაფერისი მეხსიერება, ყველა შინაარსი, რომელიც უნდა იყოს ხელმისაწვდომი. პირველ რიგში, მათ მიერ შემოთავაზებული გამოიყენოს სპეციალური ვაკუუმის მილი, სახელწოდებით Selectron, რომელიც გამოგონილი Princeton ლაბორატორიაში. ასეთი მილები ძვირია, და მათ ძალიან რთულია, მით უმეტეს, თუ თქვენ იყენებთ ამ არქიტექტურა. ნეიმანის შემდგომში აშენება გადაწყვიტა მანქანის ეფუძნება Williams ხსოვნას. ეს მანქანა, რომელიც დასრულდა ივნისი 1952 პრინსტონის, ფართოდ ცნობილი გახდა მანიაკის (ან უბრალოდ Maniacs). მისი დიზაინი არის შთაგონებული შემქმნელები მშენებლობა ნახევარი ათეული ან მეტი მსგავსი მოწყობილობები, რომლებიც ახლა შენდება ამერიკაში და მოუწოდა კომიკური Johniacs.

შექმნის პრინციპები

ერთ-ერთი ყველაზე თანამედროვე ციფრული კომპიუტერი, შემცველი განვითარებისა და გაუმჯობესების ტექნიკა ავტომატური ელექტრონული გამოთვლითი უკვე აჩვენა ეროვნულ ფიზიკური ლაბორატორია Teddington, სადაც ეს იყო შემუშავებული და აგებული მცირე ჯგუფის მიერ მათემატიკოსები, ინჟინრები და კვლევის ინჟინერი, დახმარებით რაოდენობის წარმოების ინჟინრებს ინგლისური Electric კომპანია შპს ტექნიკა კვლავ ლაბორატორიაში, მაგრამ მხოლოდ როგორც პროტოტიპი უფრო დიდი ქარხანა, რომელიც ცნობილია, როგორც ავტომატური Computing ძრავის. მაგრამ, მიუხედავად იმისა, რომ შედარებით მცირე წონა და შინაარსი მხოლოდ 800 thermionic ვენტილების, ეს არის ძალიან სწრაფი და მრავალმხრივი სათვლელი მანქანა.

ძირითადი ცნებები და აბსტრაქტული პრინციპები გაანგარიშება გამოყენებით მანქანები უკვე ჩამოყალიბებული დოქტორი Turing საფუძველზე იმავე ლონდონში მათემატიკური საზოგადოების 1936 წელს, მაგრამ მუშაობა ასეთი მანქანები ბრიტანეთში გადაიდო ომი. 1945 წელს, შემოწმება პრობლემების შექმნის ასეთი მოწყობილობები გაგრძელდა ეროვნული ფიზიკური ლაბორატორია დოქტორ Vormsli, Superintendent დეპარტამენტის მათემატიკის პრობლემური ლაბორატორია. იგი შეუერთდა Turing და მისი პატარა გუნდი ექსპერტები, და 1947 წელს წინასწარი დაგეგმვა იყო საკმარისად მოწინავე გაამართლოს დამყარების სპეციალური ჯგუფი.

პირველი კომპიუტერი ფონ ნეიმანის არქიტექტურა

პირველი პროექტი აღწერს სქემა, რომელიც გამოიყენება მრავალი უნივერსიტეტებში და კორპორაციებს, რომ შექმნან საკუთარი კომპიუტერი. მათ შორის, მხოლოდ ILLIAC ORDVAC და თავსებადი ინსტრუქციის კომპლექტი.

კლასიკური ნეიმანის არქიტექტურა, რომლებიც განხორციელებულია Manchester პატარა ექსპერიმენტული მანქანა (ssem), მეტსახელად Baby უნივერსიტეტის მანჩესტერ, რომელიც გააკეთა თავისი პირველი წარმატებული გაშვება მოწყობილობა, რომელიც ფლობს პროგრამის მეხსიერებაში, 21 ივნისი 1948.

EDSAC კემბრიჯის უნივერსიტეტის პირველი პრაქტიკული ელექტრონული კომპიუტერი ამ ტიპის, დაიწყო წარმატებით პირველად 1949 წლის მაისში.

განვითარების ის მოდელები

IBM SSEC მქონდა შესაძლებლობა განიხილოს ინსტრუქციები მონაცემები და საჯაროდ აჩვენა, 27 იანვარს, 1948 წელს. ეს უნარი დაადასტურა აშშ Pat. თუმცა, ეს ნაწილობრივ ელექტრო მანქანა, ვიდრე სრულად ელექტრონული. პრაქტიკაში, ინსტრუქციები წაკითხვის ქაღალდის ლენტი რადგან მისი შეზღუდული მეხსიერება.

ბავშვი იყო პირველი მთლიანად ელექტრონული კომპიუტერის აწარმოებს შენახული პროგრამები. ეს ფაქტორინგი პროგრამა გაიქცა 52-ე, 21 ივნისი 1948 მას შემდეგ, რაც დაწყებული და მარტივი გაანგარიშებით გამყოფი გაანგარიშება, რომელიც აჩვენებს, რომ ორი რიცხვი coprime.

ENIAC იყო შეცვლილია მუშაობა, როგორც პრიმიტიული კომპიუტერი წაკითხული მხოლოდ, მაგრამ იგივე არქიტექტურა და უკვე აჩვენა 16 სექტემბერი, 1948, და დაწყებას Adele Goldstein ორგანიზებული პროგრამის დახმარებით ნეიმანის.

BINAC რამდენიმე ტესტი პროგრამები თებერვალში, მარტში და 1949 წლის აპრილში, მიუხედავად იმისა, რომ ეს არ იყო დასრულებული, სანამ 1949 წლის სექტემბერში. გარდა ამისა, ტესტი ეშვება განხორციელდა (ზოგიერთი წარმატებული) სხვა ელექტრონული კომპიუტერი, რომელიც დამახასიათებელია არქიტექტურა. ნეიმანის, სხვათა შორის, და გააგრძელა მუშაობა "Manhattan" პროექტი. სწორედ ასეთი მრავალმხრივი კაცი.

Evolution of ავტობუსი სისტემის არქიტექტურა

მეშვეობით ათეული, უკვე 60 და 70, კომპიუტერები ზოგადად უფრო პატარა და უფრო სწრაფად, რის შედეგადაც ევოლუციის განიცადა კომპიუტერის არქიტექტურა ნეიმანის. მაგალითად, ჩვენების შემავალი და გამომავალი მეხსიერების საშუალებას შესაბამისი მოწყობილობები, მონაცემები და ინსტრუქციებით თუ როგორ უნდა ინტეგრირება სისტემა, რომელიც იქნება დამუშავებული, რჩება მეხსიერებაში. ავტობუსი სისტემა შეიძლება იყოს გამოყენებული, რათა მოდულური სისტემა პატარა. ეს უწოდებენ "რაციონალიზაცია" არქიტექტურა. მომდევნო ათწლეულის განმავლობაში, ზოგჯერ მარტივი microcontrollers არ იყენებენ ზოგიერთი თავისებურება ტიპიური მოდელი, რათა შეამციროს ღირებულება და ზომა. მაგრამ დიდი კომპიუტერები დაიცვას დადგენილი არქიტექტურა, რადგან ისინი არ დამატებული თვისებები გასაუმჯობესებლად.