Dzisiaj trudno w to uwierzyć, ale komputery, bez których wielu nie wyobraża sobie życia, ukazały się zaledwie 70 lat temu. Jednym z tych, którzy przyczynili się do ich powstania, był amerykański naukowiec John von Neumann. Zasugerował zasady, na których nadal działa większość komputerów. Zastanów się, jak działa maszyna von Neumann.

Brief Biographic Reference

Janos Neumann urodził się w Budapeszcie w 1930 roku w bardzo zamożnej rodzinie żydowskiej, która później uzyskała tytuł szlachecki. Od dzieciństwa wyróżniał się wybitnymi umiejętnościami we wszystkich dziedzinach. W wieku 23 lat Neumann obronił już swoją pracę doktorską z zakresu fizyki eksperymentalnej i chemii. W 1930 roku młody naukowiec został zaproszony do pracy w Stanach Zjednoczonych na Uniwersytecie Princeton. W tym samym czasie Neumann został jednym z pierwszych pracowników Instytutu Badań Zaawansowanych, gdzie pracował do końca życia jako profesor. Zainteresowania naukowe Neumanna były dość duże. W szczególności, jest to jeden z twórców mechaniki kwantowej i matapparata pojęcia automatów komórkowych.

wkład do nauki

Aby dowiedzieć się, jakie zasady nie spełnia architektura von Neumanna będzie interesujące zobaczyć, w jaki sposób naukowcy doszli do idei nowoczesnego typu komputera. Jako ekspert w eksplozji matematyki i fal uderzeniowych na początku 1940 roku von Neumann był konsultantem naukowym w jednym z amunicją Zarządzania laboratoriaArmia Stanów Zjednoczonych Jesienią 1943 roku przybył do Los Alamos do udziału w projekcie rozwojowym Manhettэnskoho osobiste zaproszenie od dyrektora, Roberta Oppenheimera. Przed nim było zadanie do obliczenia wytrzymałości na ściskanie ymplozyynoho ładunek bomby atomowej do masy krytycznej. Aby rozwiązać to potrzebne rozbudowane obliczenia, które zostały wykonane na początku kalkulatorów strony, a później mechaniczny firmy IBM tabulatory, używając kart perforowanych.


Von Neumann spotkał się z informacjami na temat tworzenia komputerów elektromechanicznych i elektronicznych w pełni. Wkrótce był zaangażowany w rozwój komputerów edvac i ENIAC, w wyniku czego zaczął pisać „Pierwszy projekt raportu na edvac», który pozostał niedokończony, który przedstawił społeczności naukowej zupełnie nowy pomysł na temat tego, co powinno być architektura komputera.

Zasady von Neumanna

Informatyka jako nauka do 1945 r. Przestała istnieć, ponieważ wszystkie maszyny komputerowe zapisały w swoich pamięciach przetworzone liczby w dziesiątej formie, a programy do wykonywania operacji zostały zadane przez ustawienia zworki na tablicy rozdzielczej. To znacznie ograniczyło możliwości komputerów. Prawdziwym przełomem było zasady von Neumanna. W skrócie można wyrazić jedno zdanie: przejście do systemu binarnego i zasady zapisanego programu.

Analiza

Należy rozważyć zasady, na których opiera się klasyczna struktura maszyny von Neumanna, bardziej szczegółowo: 1. Przejście do układu binarnego z separatora dziesiętnegoTa zasada architektury Neumana pozwala używać raczej prostego urządzenia logicznego. 2. Sterowanie oprogramowaniem za pomocą komputera elektronicznego Praca komputera jest kontrolowana przez zestaw poleceń wykonywanych sekwencyjnie jeden po drugim. Opracowanie pierwszej maszyny z programem, która jest przechowywana w pamięci, położyło fundament pod nowoczesne programowanie. 3. Dane i programy w pamięci komputera są przechowywane razem, w tym przypadku dane i polecenia programu mają taki sam sposób zapisu w systemie binarnym, więc w pewnych sytuacjach mogą wykonywać te same czynności, co powyżej danych.

Dochodzenia

Ponadto architektura Foneyman Machine ma następujące cechy: 1. Komórki pamięci mają adresy kolejno numerowane, a dzięki zastosowaniu tej zasady stało się możliwe użycie zmiennych w programowaniu. W szczególności w dowolnym momencie możesz przejść do jednej lub drugiej komórki pamięci pod jej adresem. 2. Możliwość warunkowego przejścia podczas wdrażania programu Jak już wspomniano, polecenia w programach powinny być wykonywane konsekwentnie. Przewiduje się jednak możliwość przejścia do dowolnej części kodu.

Jak działa von Neumann?

Taki model matematyczny składa się z pamięci (pamięci), urządzenia logicznego arytmetycznego (ALU), kontrolera, a także urządzeń wejściowych i wyjściowych. Wszystkie polecenia programu zapisywane są w komórkach pamięci znajdujących się w sąsiedztwie, a dane do ich przetwarzania - w dowolnych komórkach.
Każdy zespół powinien składać się z:

wskazanie, która operacja musi zostać wykonana;

adres komórek pamięci, w których przechowywane są oryginalne dane, na które wpływa operacja;

adres komórek, w których wynik powinien być rejestrowany.

Operacje te zespoły na określonych danych wejściowych ALU wykonane i wyniki otrzymane w komórkach pamięci są przechowywane w postaci nadającej się do dalszej maszyny do przetwarzania, lub przekazywane do urządzenia wyjściowego (monitora, drukarki, itp) i są dostępne dla człowieka. UU zarządza wszystkimi częściami komputera. Z tego inne urządzenia otrzymują polecenia "co robić", az innych urządzeń otrzymuje informacje o stanie, w którym się znajdują.
Urządzenie sterujące ma specjalny rejestr zwany "licznikiem poleceń" w SC. Po załadowaniu danych wyjściowych i programu do pamięci, IC zapisuje adres pierwszego polecenia. UU odczytuje z pamięci komputera zawartość komórki, której adres znajduje się w SC, i umieszcza ją w "Rejestrze poleceń". Urządzenie sterujące określa operację odpowiadającą konkretnemu poleceniu i "odnotowuje" w pamięci komputera dane, których adresy są w nim określone. Następnie ALU lub sprzęt komputera zaczynają wykonywać operację, po czym zawartość SC zostaje zmieniona na 1, czyli wskazuje na takie polecenie.

Krytyka

Niedobory i nowoczesnej architektury von Neumanna perspektywy nadal są dyskutowane. Fakt, że maszyny, stworzone w oparciu o zasady opracowane przez tego wybitnego naukowca, nie były doskonałe, został zauważony bardzo dawno temu. Dlatego w biletach do egzaminu zInformatyka często może napotkać pytanie: "na czym polega zasada architektury von Neumanna i jakie ma wady?". Odpowiadając na jego drugą część, należy określić:

obecność semantycznej luki między wysokimi poziomami języków programowania a systemem dowodzenia;

w kwestii pogodzenia PO i przepustowości procesora;

Kryzys oprogramowania wynika z faktu, że koszt jego wytworzenia jest znacznie niższy niż koszt rozwoju sprzętu i nie ma możliwości pełnego testowania programu;

brak perspektyw pod względem prędkości, ponieważ już osiągnięto jego teoretyczną granicę.

Odnośnie zasady, że architektura von Neumanna nie pasuje, mówimy o równoległości organizowania dużej liczby strumieni danych i poleceń związanych z architekturą wieloprocesorową.

Podsumowanie

Teraz już wiesz, co zawodzi zasada architektury von Neumanna. Oczywiście nauka i technologia nie istnieją, a być może już wkrótce w każdym domu pojawią się komputery zupełnie nowego typu, dzięki którym ludzkość wejdzie na nowy poziom swojego rozwoju. Nawiasem mówiąc, program szkoleniowy "Architektura von Neumann" pomoże przygotować się do egzaminu. Takie cyfrowe zasoby edukacyjne ułatwiają asymilację materiału i dają możliwość oceny jego wiedzy.