Ποια αρχή δεν ανταποκρίνεται στην αρχιτεκτονική von Neumann; Πώς λειτουργεί η μηχανή του von Neumann;

Σήμερα είναι δύσκολο να πιστέψει κανείς, αλλά οι υπολογιστές, χωρίς την οποία πολλοί δεν μπορούν πλέον να φανταστώ τη ζωή μου, υπήρχαν μόνο περίπου 70 χρόνια πριν. Ένας από εκείνους που συνέβαλε αποφασιστικά στην δημιουργία τους, ήταν ένας Αμερικανός επιστήμονας Dzhon Fon Neyman. Υπέδειξε ότι οι αρχές στις οποίες η πλειοψηφία των υπολογιστών και εργάζεται μέχρι σήμερα. Σκεφτείτε πώς το μηχάνημα von Neumann.

Σύντομα βιογραφικά στοιχεία

Yanosh Neyman γεννήθηκε το 1930 στη Βουδαπέστη, σε μια πολύ πλούσια εβραϊκή οικογένεια που ήταν σε θέση να λάβει στη συνέχεια ένα τίτλο ευγενείας. Από την παιδική ηλικία είχε διακριθεί με εξαιρετικές ικανότητες σε όλους τους τομείς. Στο 23, Neumann υπερασπίστηκε τη διδακτορική του διατριβή στον τομέα της πειραματικής φυσικής και της χημείας. Το 1930, ο νεαρός επιστήμονας κλήθηκε να εργαστούν στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Πανεπιστήμιο του Princeton. Την ίδια στιγμή Neumann ήταν ένα από τα πρώτα μέλη του Institute for Advanced Study, όπου εργάστηκε ως καθηγητής μέχρι το θάνατό του. Neumann επιστημονικά ενδιαφέροντα ήταν πολύ ευρεία. Ειδικότερα, είναι ένας από τους ιδρυτές της κβαντικής μηχανικής και matapparata έννοια της κυτταρικά αυτόματα.

Συμβολή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Πριν μάθουμε τι αρχή δεν ανταποκρίνεται στην αρχιτεκτονική Von Neumann, θα είναι ενδιαφέρον να μάθουν για το πώς ο επιστήμονας ήρθε με την ιδέα της δημιουργίας ενός σύγχρονου τύπου υπολογιστή.

Όντας ένας εμπειρογνώμονας στον τομέα των εκρήξεων μαθηματικά και κρουστικά κύματα στις αρχές του 1940, von Neumann ήταν ένας επιστημονικός σύμβουλος σε ένα από τα εργαστήρια των πυρομαχικών Γραφείου του Ηνωμένος στρατός. Το φθινόπωρο του 1943, έφτασε στο Los Alamos να συμμετέχουν στην ανάπτυξη του έργου Manhettenskogo στην προσωπική πρόσκληση του ηγέτη της Roberta Oppengeymera. ομάδα εργασίας για τον υπολογισμό της implosive συμπίεση της ατομικής βόμβας φορτίου μέχρι μια κρίσιμη μάζα έχει θέσει μπροστά του. Για να λυθεί αυτό απαιτείται μεγάλη υπολογιστική, η οποία αρχικά πραγματοποιείται σε φορητούς υπολογιστές, και αργότερα μηχανικά στηλοθετών της IBM, χρησιμοποιώντας διάτρητες κάρτες.

Von Neumann γνώρισε τις πληροφορίες σχετικά με την πρόοδο της δημιουργίας ηλεκτρο-μηχανικά και πλήρως ηλεκτρονικών υπολογιστών. Σύντομα, θα ήταν να προσελκύσει την ανάπτυξη των EDVAC και ENIAC υπολογιστές, με αποτέλεσμα το έργο που άρχισε να γράφει «Το πρώτο σχέδιο της έκθεσης σχετικά με το EDVAC», παρέμεινε ημιτελής, στην οποία παρουσίασε στην επιστημονική κοινότητα μια εντελώς νέα ιδέα, ποια πρέπει να είναι η αρχιτεκτονική του υπολογιστή.

Οι αρχές του von Neumann

επιστήμη των υπολογιστών το 1945 ήρθε σε στασιμότητα, όπως όλοι οι υπολογιστές είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του τον αριθμό επεξεργασία στο 10ο μορφή, ένα πρόγραμμα για τις εργασίες που εκτελεί τέθηκαν θέτοντας σε ένα πάνελ patch άλτες.

Αυτό περιόρισε σημαντικά την ισχύ των υπολογιστών. Η πραγματική επανάσταση ήταν η αρχή του von Neumann. Εν συντομία μπορούν να εκφραστούν σε μια φράση: η μετάβαση στο δυαδικό αριθμητικό σύστημα και την αρχή ενός αποθηκευμένου προγράμματος.

ανάλυση των

Εξετάστε τις αρχές στις οποίες βασίζεται η κλασική δομή της μηχανής von Neumann, με περισσότερες λεπτομέρειες:

1. Πηγαίνετε στο δυαδικό σύστημα της υποδιαστολής

Η αρχή αυτή αρχιτεκτονική Neumann επιτρέπει τη χρήση σχετικά απλής λογικής συσκευής.

2. Η διαχείριση λογισμικού ηλεκτρονικών υπολογιστών μηχανής

λειτουργία του υπολογιστή ελέγχεται από ένα σύνολο εντολών που εκτελούνται η μία μετά την άλλη. Ανάπτυξη της πρώτης μηχανής με ένα πρόγραμμα που είναι αποθηκευμένο στη μνήμη, σηματοδότησε την έναρξη της σύγχρονης προγραμματισμού.

3. Τα δεδομένα και τα προγράμματα που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του υπολογιστή μαζί

Σε αυτή την περίπτωση, τόσο τα δεδομένα και τις οδηγίες του προγράμματος έχουν τον ίδιο τρόπο γραφής στο δυαδικό σύστημα, έτσι ώστε σε ορισμένες περιπτώσεις πάνω τους είναι δυνατό να εκτελέσει τις ίδιες ενέργειες με τα δεδομένα.

έρευνα

Επιπλέον, η αρχιτεκτονική Fonneymanovskoy μηχάνημα έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Οι θέσεις μνήμης έχουν διευθύνσεις που είναι αριθμημένα διαδοχικά

Με τη χρήση αυτής της αρχής, έγινε δυνατή η χρήση των μεταβλητών στον προγραμματισμό. Ειδικότερα, ανά πάσα στιγμή, μπορείτε να ανατρέξετε σε μια συγκεκριμένη θέση μνήμης από τη διεύθυνση της.

2. Η δυνατότητα της υπό όρους υποκατάστημα στο πρόγραμμα

Όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι εντολές των προγραμμάτων πρέπει να εκτελέσει διαδοχικά. Ωστόσο, έδωσε την ευκαιρία να κάνουν τη μετάβαση σε οποιοδήποτε μέρος του κώδικα.

Πώς λειτουργεί το μηχάνημα von Neumann

Αυτό το μαθηματικό μοντέλο αποτελείται από αποθήκευσης (μνήμη) , μία αριθμητική λογική μονάδα (ALU), τον έλεγχο, και εισόδου και συσκευές εξόδου. Όλες οι οδηγίες πρόγραμμα γραμμένο στα κύτταρα μνήμης που βρίσκεται στη γειτονιά, και τα δεδομένα για την επεξεργασία τους - σε αυθαίρετες θέσεις.

Κάθε ομάδα θα πρέπει να αποτελείται από:

• αναφέροντας ποιες λειτουργία θα πρέπει να εκτελείται?
• διευθύνσεις των κυττάρων μνήμης στην οποία αποθηκεύονται τα αρχικά δεδομένα, δήλωσε ο εν λόγω επιχείρηση?
• διευθύνσεις των κυττάρων για να γράψει το αποτέλεσμα.

Αυτές οι εντολές ειδικές δράσεις για δεδομένα εισόδου ALU εκτελέστηκαν και τα αποτελέσματα γραμμένο στα κύτταρα μνήμης, δηλ. Ε Αποθηκεύονται σε μία μορφή κατάλληλη για την επακόλουθη αυτόματη μηχανή επεξεργασίας, ή να μεταδοθεί στη συσκευή εξόδου (οθόνη, εκτυπωτής, κλπ) και να είναι διαθέσιμες για τον άνθρωπο.

CU ελέγχει όλα τα μέρη του υπολογιστή. Από τον στην άλλη συσκευή λαμβάνει σήματα-εντολές «τι να κάνω», δεδομένου ότι λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με το τι είναι στην κατάσταση των άλλων συσκευών.

Στη συσκευή ελέγχου έχει ένα ειδικό μητρώο που ονομάζεται «μετρητής προγράμματος» SC. Μετά τη λήψη των δεδομένων και των προγραμμάτων στη μνήμη IC αποθηκεύει τη διεύθυνση της 1ης ομάδας του. CU διαβάζει τα περιεχόμενα του κελιού μνήμης του υπολογιστή του οποίου η διεύθυνση είναι στο Ηνωμένο Βασίλειο, και την τοποθετεί στην «εντολή μητρώο». Η μονάδα ελέγχου καθορίζει τη λειτουργία που αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη εντολή, και «σημειώσεις» δεδομένα στις διευθύνσεις που ορίζονται σε αυτό στη μνήμη του υπολογιστή. Στη συνέχεια, η ALU ή υλικό του υπολογιστή προχωρήσει σε λειτουργία, μετά την οποία τα περιεχόμενα της SC αλλάζει σε ένα, m. Ε Υποδεικνύοντας την επόμενη εντολή.

κριτική

Μειονεκτήματα και Σύγχρονη Προοπτικές von Neumann αρχιτεκτονική εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο συζήτησης. Το γεγονός ότι οι μηχανές που δημιουργήθηκε στις αρχές που προβάλλει αυτή την εξαιρετική λόγιος, δεν είναι τέλεια, είχε παρατηρήσει εδώ και πολύ καιρό.

Ως εκ τούτου, η εξέταση των εισιτηρίων στην επιστήμη των υπολογιστών μπορούν να βρίσκουν συχνά το ερώτημα «Τι είναι η αρχή δεν ανταποκρίνεται στην αρχιτεκτονική von Neumann και ποιες αδυναμίες που έχει.»

Εάν η απάντηση στο τελευταίο αυτό αναγκαστικά θα πρέπει να προσδιορίζει:

• η παρουσία του σημασιολογική χάσμα μεταξύ του υψηλού επιπέδου γλώσσα προγραμματισμού και το σύστημα εντολών?
• σχετικά με το πρόβλημα του συμβιβασμού ΕΠ και το εύρος ζώνης επεξεργαστή?
• στην αναδυόμενη κρίση λογισμικό, που προκαλείται από το γεγονός ότι το κόστος δημιουργίας είναι πολύ χαμηλότερο από το κόστος της ανάπτυξης του υλικού, και δεν μπορείτε να ολοκληρώσετε το πρόγραμμα δοκιμών?
• έλλειψη προοπτικών όσον αφορά τις επιδόσεις, όπως έχει ήδη φτάσει θεωρητικό όριο του.

Όσο για το τι αρχή δεν ανταποκρίνεται στην αρχιτεκτονική von Neumann, μιλάμε για την οργάνωση ενός μεγάλου αριθμού παράλληλων ρευμάτων δεδομένων και των εντολών που συνδέονται με την αρχιτεκτονική πολλαπλών επεξεργαστών.

συμπέρασμα

Τώρα ξέρετε τι αρχή δεν ανταποκρίνεται στην αρχιτεκτονική von Neumann. Είναι προφανές ότι η επιστήμη και η τεχνολογία δεν στέκεται ακόμα, και ίσως σύντομα σε κάθε σπίτι θα είναι ένα εντελώς νέο είδος υπολογιστές, μέσω των οποίων η ανθρωπότητα θα φτάσει σε ένα νέο επίπεδο της ανάπτυξης. Με την ευκαιρία, να προετοιμαστούν για το λογισμικό προσομοιωτή εξετάσεις για να βοηθήσει «Von Neumann αρχιτεκτονική». Αυτές οι ψηφιακές εκπαιδευτικών πόρων διευκολύνει την αφομοίωση του υλικού και να δώσει την ευκαιρία να αξιολογήσουν τις γνώσεις τους.