Ֆոն Neumann ճարտարապետության պատմությունը առաջացման ժամկետի

Ճարտարապետությունը Վոն Neumann, որը նաեւ հայտնի է որպես ֆոն Neumann մոդելի, կամ Princeton ճարտարապետության, մեթոդի հիման վրա նկարագրված է 1945 թ., Մաթեմատիկոս եւ ֆիզիկոս Ջոն ֆոն Neumann է զեկույցում «Առաջին նախագծի« համակարգչային EDVAC:

The միացում ճարտարապետությունը

Որ զեկույցը բնութագրել է ֆոն Neumann architecture դիագրամ է էլեկտրոնային թվային համակարգչի հետ մասերը, որը բաղկացած է պրոցեսորների, որի կազմում:

• թվաբանական տրամաբանությունը միավոր.
• գրանցամատյանները պրոցեսոր,
• վերահսկողությունը միավոր կազմող ցուցում ռեգիստր եւ ծրագրային counter.
• ա հիշողություն պահելու տվյալները.
• արտաքին պահեստավորման սարք.
• Մուտքային եւ ելքային մեխանիզմները:

Իմաստը զարգացման բաղկացած է նրանում, որ ցանկացած տեղեկություն պահվում է համակարգչային տեղեկատվության, կարող է օգտագործվել ծրագրի կողմից, որի գործողությունը, ընտրված տվյալները չեն կարող խաղացել միեւնույն ժամանակ, քանի որ նրանք կիսում են ընդհանուր ավտոբուս: Այն նշված է «առաջին նախագծի», որը նկարագրում է գիտնականը մտածել, թե ինչ ճարտարապետությունը պետք է լինի: Von Neumann կոչվում այս իրավիճակը «նեղային», որը հաճախ սահմանափակում կատարման համակարգի:

Սկզբունքները von Neumann ճարտարապետության

Թվային համակարգիչ մի համակարգիչ, պահելու մի ծրագիր, որը ներառում է ծրագրի հրահանգներ, տվյալների կարդալու, գրելու, եւ ներառում է նաեւ պատահական մուտքի հիշողություն (RAM). Սկզբունքները ճարտարապետության կողմից John von Neumann ուրվագծված է իր աշխատանքում »առաջին ծրագրի»: Ըստ նրա, համակարգիչներ պահվում է ծրագրի հիշողության մեջ էին բարելավում է վերահսկողության համակարգիչների, ինչպիսիք են ENIAC: Վերջինս ծրագրավորված էր ընդլայնված անջատիչների, եւ ներդրման կարկատել, որի արդյունքում routing տվյալների եւ վերահսկման ազդանշաններ միջեւ տարբեր ֆունկցիոնալ բլոկների. Ճնշող մեծամասնության հիշողության օգտագործվում է նաեւ ժամանակակից համակարգիչների այս կերպ. Այսպիսով, համակարգչային ճարտարապետության von Neumann է տարբերվում, օրինակ, Հարվարդ, այնպես, որ այն չի օգտագործել հիմնական եւ հիշապահեստը.

նախապատմությանը

Առաջին համակարգիչները տրվել է ֆիքսված ծրագիր: Որոշ շատ պարզ համակարգիչներ դեռ օգտագործել այս դիզայն, կամ պարզությամբ կամ վերապատրաստման նպատակով: Օրինակ, մի սեղանի հաշվիչ է նաեւ համակարգչային ֆիքսված ծրագրի շրջանակներում: Այն կարող է աշխատել հիմունքների մաթեմատիկայի, բայց դա չի կարող օգտագործվել որպես մի խոսքով մշակողը , կամ խաղեր մխիթարել. Փոխելով ֆիքսված մեքենա ծրագիրը պահանջում է rewiring, վերակառուցման կամ վերակազմակերպման սարքավորման: Առաջին համակարգիչները չէին այնքան նեղ, քանի որ նրանք արդեն մշակվել է առաջին անգամ եւ գիտական նպատակներով: Վերածրագրավորում հայտնվել շատ ավելի ուշ, եւ դա եղել է աշխատատար գործընթաց է, քանի որ բլոկի դիագրամների եւ թղթադրամների եւ վերջացրած նախագծերում: Հատկապես դժվար էր արդիականացման գործընթացը ֆիզիկական մեքենայի վերականգնման ուղիներով: Դա կարող է տեւել երեք շաբաթ տեղադրումը ENIAC եւ փորձում է այն դարձնել աշխատել:

Նոր գաղափար

Մի համակարգչի, պահելու ծրագիր հիշողության, ամեն ինչ փոխվել է: Պահվում է հիշողության, նրանք դիզայնի մի շարք հրահանգների. Սա նշանակում է, որ մեքենան կարող է անմիջապես ստանալ մի շարք հրահանգների իրականացնել հաշվարկներ:

Դիզայնը նման ծրագրերի վերաբերում է ինքնորոշման ձեւափոխման կոդը: Մեկը առաջին բույսերի համար այդպիսի օբյեկտի էր պետք է ալգորիթմի մեծացնել կամ այլ կերպ փոխել հասցեն մասը հրահանգներին: Նա տեղադրված ձեռքով վաղ նմուշների. Այս դարձել է ավելի կարեւոր է, երբ ինդեքսների գրանցող եւ անուղղակի Դիմելով դարձել ընդհանուր հատկանիշներ եղած համակարգչային ճարտարապետության Ջոն ֆոն Նոյմանը մեքենաներ. Այլ օգտագործում - մտցրեք հաճախ օգտագործված տվյալների հոսքի հրամանների հետ անմիջական լուծումներ: Բայց ինքնակառավարման փոփոխող կոդը է մեծ չափով արդեն քննադատվել է, քանի որ դա սովորաբար դժվար է հասկանալ եւ մաքրագրել: Բացի այդ, նա նաեւ անարդյունավետ առումով վերարտադրության եւ caching սխեմաների ժամանակակից պրոցեսորների.

Մեծ հաշվով, հնարավորություն է բուժել հրահանգները տվյալները - սա այն է, ինչ է դարձնում assemblers, compilers, assemblers, բեռնող եւ այլ գործիքների հնարավոր օբյեկտների ավտոմատացված ծրագրավորման. Այսպես ասած, ծրագրեր գրել, որ գրել ծրագրեր: Մի փոքր մասշտաբով, կրկնվող ինտենսիվ մուտքային եւ ելքային գործառնություններ, ինչպիսիք են BitBlt-պատկերային մանիպուլյացիաների պարզունակ կամ կարող է անկախ ղեկավարվել եւ Vertex shaders ժամանակակից 3D-գրաֆիկայի, արդեն գտել է, որ անարդյունավետ է առաջադրվել առանց անձնագիրը սարքավորումներ.

Հայեցակարգի մշակում պահվում ծրագրի հիշողության մեջ

Մաթեմատիկոս Ալան Turing, ով ունեցել է խնդրի մաթեմատիկական տրամաբանության հետո Մաքս NEWMAN ի դասախոսությունների Քեմբրիջի համալսարանում, գրել է մի հոդված, 1936 թ., Այն տպագրվել է հրատարակության Լոնդոնի մաթեմատիկական հասարակության. Իսկ դրա համար, որ նա նկարագրել է հիպոթետիկ մեքենա, որը նա անվանել «ունիվերսալ հաշվիչ մեքենա», եւ որն այժմ հայտնի է որպես ունիվերսալ Turing մեքենա: Նա ուներ անսահման պահոցը (ժամանակակից տերմինաբանությամբ - Հիշողության), որը պարունակում էր ցուցումներ եւ տվյալներ, որոնք ստեղծվել է եւ ճարտարապետությունը: Von Neumann ծանոթացել Turing այն ժամանակ, երբ նա եղել է դասախոսել Քեմբրիջում 1935-ին, եւ, իհարկե, պաշտպանելով դոկտորական ատենախոսություն է Turing ինստիտուտի Առաջատար ուսումնասիրությունների ի Princeton (New Jersey) եւ 1936-1937.

Ինքնուրույն Ji Presper Էկերտ եւ Dzhon Mochli, ով մշակել է ENIAC դպրոց Էլեկտրաինժեներիայի է Փենսիլվանիայի համալսարանի մասին գրել հայեցակարգի մեքենայի, որտեղ պահվում են ծրագիրը `ի հիշատակ ի դեկտեմբերին 1943 թ. Երբ պատրաստվում նոր մեքենայի, EDVAC, Eckert գրել է 1944 թվականի հունվարին, որ դա կլինի պահեստավորել տվյալների եւ ծրագրեր է նոր սարքի հասցեական հիշատակին օգտագործելով մետալիկ սնդիկային հետաձգում. Այն էր, որ առաջին անգամ կառուցումը պրակտիկա մեքենայի, որը պահվում են ծրագիրը, ի հիշատակ արդեն առաջարկվել: Միեւնույն ժամանակ, նա եւ Mauchly տեղյակ չեն եղել, որ աշխատանքի Turing (պատկերված է ստորեւ):

Համակարգչային ճարտարապետության Von Neumann սկզբունքը

Von Neumann ներգրավված էր "Manhattan Project" Ազգային լաբորատորիայի Los Alamos, որը պահանջում է հսկայական քանակությամբ հաշվարկի: Այն գրավել է նրան, որ նախագծի ամռանը 1944 թվականի ENIAC: Այնտեղ նա միացել է շուրջ քննարկումները զարգացման EDVAC համակարգչի համար. Այս խմբի շրջանակներում, նա գրել է մի թուղթ »խորագրով առաջին նախագիծը վերաբերյալ զեկույցը EDVAC» հիման վրա աշխատանքի Eckert եւ Mauchly: Այն էր, անավարտ, երբ նրա գործընկերը Գոլդշտեյնը բաշխվում նախագիծը ֆոն Neumann (ի դեպ, Eckert եւ Mauchly էին ապշեցրել է այս լուրը): Այս փաստաթուղթը արդեն կարդացել է մի քանի տասնյակ գործընկերների ֆոն Neumann Ամերիկայում եւ Եվրոպայում, եւ խոր ազդեցություն է հաջորդ փուլում համակարգչային զարգացման:

Հիմնական սկզբունքները ֆոն Neumann ճարտարապետության, ինչպես սահմանված է «առաջին նախագծի,« ձեռք է բերել լայն ժողովրդականություն, իսկ Turing ծածկեց իր զեկույցը վերաբերյալ էլեկտրոնային հաշվիչ, որը արդեն նկարագրված է մանրամասն ինժեներական եւ ծրագրավորման. Դա արդեն հայտարարել է եւ ներկայացում հեղինակի ավտոմեքենան, որը կոչվում էր ավտոմատ Computing Engine (ACE): Նա ներկայացրել է այն գործադիր կոմիտեի բրիտանական Ֆիզիկայի Ազգային Լաբորատորիայում է 1946 թ. Որոշ ժամանակ անց նույնիսկ հաջող իրականացումը տարբեր ACE նմուշներ են արտադրվել.

սկսել ծրագրեր

Իսկ նախագիծն ֆոն Նոյմանը եւ Turing փաստաթղթերի նկարագրում համակարգիչ պահելու, ի հիշատակ կոնկրետ ծրագիր, բայց հոդվածը Ֆոն Neumann հասնել ավելի մեծ շրջանառությունը հասարակության, եւ համակարգչային ճարտարապետությունը հայտնի դարձավ որպես Ջոն ֆոն Neumann ճարտարապետության.

1945 թ.-ին, պրոֆեսոր Neumann, ով այնուհետեւ աշխատել է ինժեներական դպրոցի Ֆիլադելֆիայում, որտեղ նա առաջին անգամ ENIAC կառուցանուած էր, թողարկվել անունից իր գործընկերների զեկուցի տրամաբանական նախագծման թվային համակարգիչների. Զեկույցը բավականին մանրամասն առաջարկ կառուցման համար մեքենայի, որը արդեն դարձել հայտնի է որպես EDVAC: Նա էր միայն վերջերս ստեղծվել է Ամերիկայի, բայց մի զեկույց է ոգեշնչված ստեղծումը ֆոն Neumann EDSAC:

Maniacs եւ Joniacs

1947 թ.-ին, Burks, Գոլդշտեյնը եւ ֆոն Neumann հրապարակել զեկույց, որը ծածկված է շինարարությունը այլ տեսակի մեքենայի (այս անգամ զուգահեռ), որը պետք է լինի չափազանց արագ, ընդունակ, թերեւս, պետք է իրականացնել մինչեւ 20,000 գործողությունների մեկ վայրկյանում: Նրանք նշել են, որ չլուծված խնդիր է շինարարության մեջ էր մշակումն հարմար հիշողության, բոլոր բովանդակությունը, որը պետք է լինի անմիջապես հասանելի. Նախ, նրանք առաջարկել է օգտագործել հատուկ վակուումային խողովակի, որը կոչվում է Selectron, որը հորինել է Princeton լաբորատորիայում: Նման խողովակներ թանկ են, եւ նրանց շատ դժվար է, հատկապես, եթե դուք օգտագործում եք այս ճարտարապետությունը: Von Neumann հետագայում որոշել է կառուցել մի մեքենա, որը հիմնված է Ուիլյամսի հիշատակին: Այս մեքենան, որն ավարտվել է հունիսի 1952 թ., Ժամը Princeton, դարձել է հայտնի մոլագար (կամ պարզապես Maniacs): Նրա դիզայնը ոգեշնչված է ստեղծողները կառուցապատման վերաբերյալ կես տասնյակ կամ ավելի նման սարքերի, որն այժմ կառուցվում է Ամերիկայում եւ կոչվում է comic Johniacs:

ստեղծման սկզբունքները

Մեկը ժամանակակից թվային համակարգիչների, մարմնավորելով զարգացումը եւ բարելավում տեխնիկայի ավտոմատ էլեկտրոնային հաշվարկի արդեն ցույց է Ազգային Ֆիզիկական լաբորատորիայի Teddington, որտեղ այն էր, նախագծված եւ կառուցված է մի փոքր խմբի մաթեմատիկոսների, ինժեներների եւ հետազոտական ինժեներների աջակցությամբ մի շարք արտադրական ինժեներների է անգլիական Electric ՍՊԸ Սարքավորումները դեռեւս գտնվում է լաբորատորիայում, բայց միայն որպես նախատիպ է շատ ավելի մեծ գործարանի, որը հայտնի է որպես ավտոմատ Computing Engine. Սակայն, չնայած այն համեմատաբար փոքր քաշի եւ բովանդակության մասին միայն 800 thermionic փականների, դա չափազանց արագ եւ բազմակողմանի հաշվարկը մեքենա:

Հիմնական հասկացությունները եւ վերացական սկզբունքները հաշվարկ մեքենաներ արդեն ձեւակերպված են դոկտոր Turing հիման վրա նույն Լոնդոնի մաթեմատիկական միության 1936 թ., Սակայն աշխատել է այնպիսի մեքենաների Բրիտանիայում ձգձգվում է պատերազմի: 1945 թ.-ին, իսկ քննությունը ստեղծման խնդիրներին նման սարքերի շարունակվեց Ազգային ֆիզիկական լաբորատորիայի դոկտոր Vormsli, վերակացու վարչության մաթեմատիկայի լաբորատորիայի. Նա միացել է Turing եւ նրա փոքրիկ թիմը փորձագետների, եւ 1947 թ նախնական պլանավորման էր բավականաչափ զարգացած է արդարացնել հաստատմանը հատուկ խմբի.

Առաջին համակարգիչները վրա ֆոն Neumann ճարտարապետության

Առաջին նախագիծը նկարագրում սխեման, որ արդեն օգտագործվում է բազմաթիվ համալսարանների եւ կորպորացիաների կառուցել իրենց սեփական համակարգիչները: Նրանց թվում է, միայն ILLIAC ORDVAC եւ ունեն համատեղելի ուսումնամեթոդական հավաքածուներ.

Դասական ֆոն Neumann ճարտարապետությունը մարմնավորում է Մանչեսթեր փոքր փորձնական մեքենա (ssem) մականունով Baby համալսարանի Manchester, ինչը դարձրեց իր առաջին հաջող մեկնարկը սարքը, որը կրում է ծրագրի հիշողությունը, 21 Հունիս 1948 թ.

EDSAC Քեմբրիջի համալսարան, առաջին գործնական էլեկտրոնային համակարգչային Այս տեսակի, մեկնարկել էր հաջողությամբ է առաջին անգամ 1949 թվականի մայիսի.

Զարգացումը ստեղծած մոդելներից

IBM- ը SSEC հնարավորություն է ունեցել քննարկելու հրահանգներին տվյալներ եւ հրապարակավ ցույց տվեց 27 հունվարի 1948 թ. Այս ունակությունը ամրագրվում է ԱՄՆ Pat. Սակայն, այն էր, մասնակիորեն էլեկտրամեխանիկական մեքենա, այլ ոչ թե լիովին էլեկտրոնային: Գործնականում, հրահանգներ էին կարդալ թղթի ժապավեն, քանի որ իր սահմանափակված հիշատակին:

Baby առաջինն էր լիովին էլեկտրոնային համակարգիչը գործարկել պահված ծրագրերը: Այն ֆակտորինգային ծրագիրը վազեց 52 րոպե, 21 Հունիս 1948 թ., Երբ սկսած եւ պարզ հաշվարկը բաժանելով հաշվարկը որը ցույց է տալիս, որ երկու թվերն coprime:

ENIAC փոփոխվել է աշխատել որպես պարզունակ համակարգչի համար միայն կարդալու, բայց նույն ճարտարապետության, եւ արդեն ցուցադրվել են սեպտեմբերի 16-1948, իսկ մեկնարկը Adele Goldstein ծրագրի կազմակերպվել օգնությամբ ֆոն Neumann:

BINAC անցկացրել է մի քանի թեսթի ծրագրեր փետրվար, մարտ եւ ապրիլ 1949 թ., Չնայած այն դեռ չէր ավարտվել մինչեւ սեպտեմբերի 1949. Ի լրումն, փորձարկման Runs էին իրականացվել (որոշ) այլ էլեկտրոնային համակարգիչները, ինչը բնորոշ է ճարտարապետության. Ֆոն Neumann, ի դեպ, եւ շարունակում է աշխատել, որ "Manhattan" ծրագրի շրջանակներում: Դա նման բազմակողմանի մարդ:

Էվոլյուցիան է ավտոբուսի համակարգի ճարտարապետության

Տասնամյակների ընթացքում, արդեն 60-ականներին եւ 70, համակարգիչներ, ընդհանուր առմամբ, դառնում են ավելի փոքր եւ ավելի արագ, ինչը հանգեցնում է էվոլյուցիայի է ենթարկվել է համակարգչային ճարտարապետությունը ֆոն Neumann: Օրինակ, ցուցադրում է մուտքագրման եւ ելքային հիշողության թույլ է տալիս համապատասխան սարքեր, տվյալների եւ հրահանգներ, թե ինչպես պետք է ինտեգրվել մեջ համակարգ, որը կլինի վերամշակված, մնում են հիշողության մեջ: A ավտոբուսը համակարգը կարող է օգտագործվել, որպեսզի մոդուլային համակարգի հետ փոքր է: Սա երբեմն կոչվում է «ռացիոնալացում» ճարտարապետության. Հետագա տասնամյակների ընթացքում, երբեմն պարզ Microcontrollers չեն օգտագործում որոշ առանձնահատկություններ տիպիկ մոդելի, որպեսզի նվազեցվի ծախսերը եւ չափը. Բայց մեծ համակարգիչներ հետեւեք սահմանված ճարտարապետությունը, քանի որ նրանք ավելացրել են առանձնահատկություններ է բարելավել կատարումը.