Koks yra von Neumanno architektūros principas? Kaip veikia von Neumanno aparatas?

Kompiuteriai

Šiandien sunku patikėti, bet kompiuteriai bekurių daugelis jau negalėjo įsivaizduoti savo gyvenimo, atsirado tik prieš 70 metų. Vienas iš tų, kurie padarė lemiamą įnašą į jų kūrimą, buvo Amerikos mokslininkas John von Neumann. Jis pasiūlė principus, kuriais dauguma kompiuterių vis dar veikia šiandien. Apsvarstykite, kaip veikia "von Neumann" mašina.

kuris principas neatitinka von Neumanno architektūros

Trumpa biografinė pastaba

Janos Neimanas gimė 1930 m. Budapeštelabai turtinga žydų šeima, kuri vėliau sugebėjo įgyti vado titulą. Nuo vaikystės jis buvo išskirtas dėl puikių sugebėjimų visose srityse. 23 m. Neimanas jau apgynė savo daktaro disertaciją eksperimentinėje fizikoje ir chemijoje. 1930 m., Princetono universitete, JAV buvo pakviestas dirbti jauno mokslininko. Tuo pačiu metu Neimanas tapo vienu iš pirmųjų Pažangiųjų studijų instituto darbuotojais, kur jis dirbo profesoriumi iki jo gyvenimo pabaigos. "Neumann" moksliniai interesai buvo gana plati. Visų pirma jis yra vienas iš kva- tontinės mechanikos matematikos ir korinio automatų koncepcijos kūrėjų.

Įnašas informatikoje

Prieš nustatydami, kuris principas neatitinka von Neumanno architektūros, bus įdomu sužinoti, kaip mokslininkas priėjo prie šiuolaikinio kompiuterio kūrimo idėjos.

Būdamas sprogimų ir matematikos ekspertassmūgio bangos 1940 pradžioje, von Neumann buvo mokslinis konsultantas viename iš šaudmenų biuro Jungtinių Valstijų armijos laboratorijose. 1943 m rudenį, jis atvyko į Los Alamos, kad dalyvauti Manhettenskogo projekto plėtros į asmens kvietimu lyderis Robert Oppenheimer. Prieš jam buvo užduotis apskaičiuoti atominės bombos apkrovos sprogimo jėgą į kritinę masę. Ją išspręsti reikia didelių skaičiavimo, kuris iš pradžių atliekamas remiantis rankinių skaičiuotuvai, o vėliau IBM mechaninių Tabuliatoriai, naudojant Punch korteles.

Von Neumann susipažino su informacija apie kursąelektroninių ir visiškai elektroninių kompiuterių kūrimas. Netrukus jis dalyvavo kuriant kompiuterius EDVAC ir ENIAC, todėl jis pradėjo kurti "Pirmąjį ataskaitą apie EDVAC projektą", likusį neišbaigtą, kuriame mokslininkams pristatė visiškai naują idėją, kokia turėtų būti kompiuterinė architektūra.

von Neumanno informacinių technologijų principai

Von Neumann principai

Informatikos kaip mokslo iki 1945 m.nes visi jų atmintyje saugomi kompiuteriai apdorojo dešimtosios formos numerius, o operacijų vykdymo programos buvo nustatytos diegimo dėkle.

Tai labai apribojo galimybeskompiuteriai. Von Neumanno principai buvo proveržis. Trumpai, jie gali būti išreikšti vienu sakiniu: perėjimas prie dvejetainių skaičių sistemos ir saugomos programos principas.

Analizė

Aptarkite principus, kuriais grindžiama klasikinė von Neumanno konstrukcija:

1. Perėjimas į binarinę iš dešimtainės

Šis "Neumann" architektūros principas leidžia naudoti gana paprastus logikos įrenginius.

2. Programinės įrangos valdymo elektroninis kompiuteris

Kompiuterio veikimas valdomas komandų rinkiniu, kuris vykdomas nuosekliai vienas po kito. Pirmųjų mašinų, turinčių atmintyje saugomą programą, kūrimas buvo modernios programavimo pradžia.

3. Duomenys ir programos kompiuterio atmintyje kaupiami kartu.

Tuo pačiu metu tiek duomenų, tiek programų komandai yra tas pats rašymo būdas dvejetainėje skaičių sistemoje, todėl tam tikrose situacijose į juos galima atlikti tuos pačius veiksmus kaip ir į duomenis.

simuliatorius von Neumanno architektūra

Pasekmės

Be to, "Fonneyman" mašinos architektūra turi šias savybes:

1. Atminties ląstelėse yra adresai, kurie yra sunumeruoti nuosekliai.

Dėl šio principo taikymo tapo įmanoma naudoti programavimo kintamuosius. Visų pirma bet kuriuo metu galite kreiptis į konkrečią atminties ląstelę savo adresu.

2. Galimybė sąlygiškai pereiti per programą

Kaip jau minėta, komandos programose turi būti vykdomos nuosekliai. Tačiau galima perkelti į bet kurią kodo dalį.

kaip veikia "von Neumann" mašina

Kaip veikia von Neumann'o mašina

Toks matematinis modelis susideda išatmintis (atmintis), aritmetinį loginį įrenginį (ALU), valdymą, taip pat įvesties ir išvesties įrenginius. Visos programos komandos įrašomos apylinkėse esančiose atminties ląstelėse, o jų apdorojimo duomenys - savavališkose ląstelėse.

Bet kokioje komandoje turėtų būti:

  • nurodant, kokia operacija turėtų būti atliekama;
  • atminties ląstelių adresai, kuriuose saugomi šaltinio duomenys, į kuriuos nukreipta nurodyta operacija;
  • ląstelių adresai, kuriuose parašyti rezultatą.

Konkrečios operacijos konkrečiose komandosešaltinio duomenis atlieka ALU, o rezultatai įrašomi atminties ląstelėse, t. y. saugomi formoje, tinkančioje tolesniam apdorojimui, arba perduodami į išvesties įrenginį (monitorių, spausdintuvą ir tt) ir prieinami žmonėms.

WU kontroliuoja visas kompiuterio dalis. Signalai "ką daryti" siunčiami iš jo iš kitų įrenginių, o iš kitų prietaisų gauna informaciją apie būklę, kurioje jie yra.

Valdymo prietaisas yra ypatingasregistruotis, vadinamas "komandų skaitiklis" SC. Įkeldami šaltinio duomenis ir programą į atmintį, SC įrašo savo pirmosios komandos adresą. Valdiklis skaito ląstelės turinį, kurio adresas yra CS iš kompiuterio atmintinės, ir įtraukia jį į komandų registrą. Valdymo įtaisas nustato operaciją, atitinkančią konkrečią komandą, ir "kompiuterio atmintyje" pažymi duomenis, kurių adresai juose nurodyti. Tada ALU arba kompiuterio aparatūra vykdo operaciją, po kurios SC turinys pakeičiamas į vieną, ty jis nurodo kitą komandą.

klasikinė mašina von Neumanno struktūra

Kritika

Trūkumai ir modernios architektūros perspektyvosvon Neumannas ir toliau bus diskusijų tema. Tas faktas, kad mašinos, sukurtos pagal šio neįvykdyto mokslininko pateiktus principus, nėra tobulas, buvo pastebėtas jau seniai.

Todėl egzaminuojamuose informacinių technologijų bilijonuose dažnai galima susidurti su klausimu "kokį principą von Neumanno architektūra neatitinka ir kas yra blogesnė".

Atsakydami į antrąją dalį turite tiksliai nurodyti:

  • semantinio atotrūkio tarp aukšto lygio programavimo kalbų ir instrukcijų rinkinio buvimas;
  • apie RAM ir procesoriaus pralaidumo suderinimo problemą;
  • dėl kylančios programinės įrangos krizėsdėl to, kad jo sukūrimo išlaidos yra daug mažesnės už techninės įrangos kūrimo išlaidas ir nėra galimybės visiškai išbandyti programą;
  • perspektyvų trūkumas greičio požiūriu, nes jo teorinė riba jau buvo pasiekta.

Kalbant apie kokį principą nėraatitinka von Neumanno architektūrą, tada kalbame apie daugelio duomenų srautų ir komandų lygiagrečią organizavimą, būdingą daugiaprocesorinei architektūrai.

von Neumanno architektūros trūkumai ir modernios perspektyvos

Išvada

Dabar žinote, koks principas nėraatitinka von Neumanno architektūrą. Akivaizdu, kad mokslas ir technologijos nestovėję, o galbūt netrukus kiekviename namuose pasirodys visiškai naujo tipo kompiuteriai, dėl kurių žmonija pasiekia naują jos vystymosi lygį. Beje, "von Neumann" architektūros simuliatorius padės pasiruošti egzaminui. Tokie skaitmeniniai švietimo ištekliai palengvina mokymąsi ir suteikia galimybę įvertinti jų žinias.

Komentarai (0)
Pridėti komentarą