Von Neumann arquitetura: história de ocorrência do termo

A arquitetura de von Neumann, também conhecido como o modelo de von Neumann, ou arquitetura de Princeton, com base no método descrito em 1945, matemático e físico John von Neumann no relatório "O primeiro esboço" de um EDVAC computador.

A arquitectura de circuito

O relatório descrevia o diagrama de arquitetura de von Neumann do computador digital electrónico com as peças que consiste em unidades de processamento, compreendendo:

• uma unidade lógica aritmética;
• registos do processador;
• a unidade de controlo que compreende um registo de instruções e o contador de programa;
• uma memória para armazenamento de dados;
• um dispositivo de armazenamento externo;
• mecanismos de entrada e de saída.

O significado de desenvolvimento consistiu no fato de que todas as informações armazenadas as informações do computador pode ser usado pelo programa, em que a operação, os dados selecionados não podem ser reproduzidos ao mesmo tempo, porque eles compartilham um barramento comum. Ele é mencionado no "primeiro rascunho", que descreve o pensamento cientista sobre o que a arquitetura deve ser. Von Neumann chamou esta situação "gargalo", que muitas vezes limita o desempenho do sistema.

Os princípios da arquitetura de von Neumann

computador digital – um computador, armazenando um programa que compreende as instruções do programa, leitura de dados, a escrita, e também inclui memória de acesso aleatório (RAM). Princípios de Arquitetura por John von Neumann delineado na sua obra "O primeiro projeto." Segundo ele, os computadores armazenados na memória do programa eram uma melhoria sobre o controle de computadores, tais como ENIAC. O último foi programada pelo ajuste dos interruptores, e inserção do penso, resultando em encaminhamento dos sinais de dados e de controlo entre os vários blocos funcionais. Na grande maioria de memória também é usada por computadores modernos desta forma. Assim arquitetura de computador de von Neumann é diferente, por exemplo, de Harvard, de modo que ele não usa a memória principal e cache.

pré-história

Os primeiros computadores foram dadas um programa fixo. Alguns computadores muito simples ainda usam este projeto ou para fins de simplicidade ou de treinamento. Por exemplo, uma calculadora de mesa é também um computador com um programa fixo. Pode trabalhar com os conceitos básicos de matemática, mas não pode ser usado como um processador de texto , ou uma consola de jogos. Alterando o programa fixo da máquina requer religação, reestruturação ou a reorganização do aparelho. Os computadores mais antigos não eram tão estreitas, como eles foram desenvolvidos pela primeira vez e para fins científicos. Reprogramação apareceu muito mais tarde e foi um processo trabalhoso, já que os diagramas de blocos e notas e desenhos detalhados finais. Especialmente difícil foi o processo de modernização dos canais de recuperação máquina físicas. Pode demorar três semanas instalação no ENIAC e tentando fazê-lo funcionar.

Uma nova idéia

Com um computador, armazenando um programa na memória, tudo mudou. Armazenados na memória, eles são design com um conjunto de instruções. Isto significa que a máquina pode começar imediatamente um conjunto de instruções para realizar os cálculos.

A concepção de tais programas relaciona-se com o código de auto-modificação. Uma das primeiras plantas para tal objeto era uma necessidade de um algoritmo para aumentar ou alterar a parte do endereço de comandos. Ele foi colocado manualmente em primeiros desenhos. Isto tornou-se menos importante quando registros de índice e endereçamento indireto tornou-se características comuns possuídas pela arquitetura de computador de máquinas de John von Neumann. Outros usos – para inserir dados frequentemente utilizados no fluxo de comandos com soluções imediatas. Mas o código de auto-modificar em grande medida tem sido criticada porque geralmente é difícil de entender e depurar. Além disso, ele também provou ser ineficaz em termos de esquemas de reprodução e cache de processadores modernos.

Em geral, a capacidade de tratar instruções como dados – isto é o que faz montadores, compiladores, montadores, carregadoras e outros instrumentos com possíveis objetos de programação automatizada. Por assim dizer, para escrever programas que escrevem programas. Em uma escala menor, as operações de entrada e saída intensas recorrentes, como manipulações BitBlt-imagem primitivos ou de pixel e vertex shaders em modernos gráficos 3D, foram encontrados para ser ineficazes para executar sem o equipamento de utilizador.

Desenvolvimento de um conceito armazenado na memória de programa

Matemático Alan Turing, que tinha interesse no problema da lógica matemática após palestras de Max Newman da Universidade de Cambridge, escreveu um artigo em 1936, foi publicado na edição do London Mathematical Society. Nela, ele descreve uma máquina hipotética, que ele chamou de "máquina de computação universal", e que agora é conhecido como uma máquina de Turing universal. Ela teve de armazenamento infinito (na terminologia moderna – memória), que continha ambas as instruções e dados, que foi criado e da arquitetura. Von Neumann tornou-se familiarizado com Turing num momento em que ele foi professor visitante na Universidade de Cambridge em 1935, e no curso de defender sua tese de doutorado no Instituto de Turing de Estudos Avançados de Princeton (Nova Jersey) em 1936-1937.

Independentemente Ji Presper Eckert e Dzhon Mochli, que desenvolveu ENIAC Escola de Engenharia Elétrica da Universidade da Pensilvânia, escreveu sobre o conceito da máquina, que armazena o programa na memória em dezembro de 1943. Ao planejar uma nova máquina, o EDVAC, Eckert escreveu em janeiro de 1944 que irá armazenar os dados e programas na nova memória endereçável dispositivo usando atraso mercúrio metálico. Foi a primeira vez que foram propôs a construção de uma máquina prática que armazena o programa na memória. Ao mesmo tempo, ele e Mauchly não estava ciente do trabalho de Turing (foto abaixo).

arquitetura de computadores: princípio Von Neumann

Von Neumann estava envolvido no "Projeto Manhattan" no Laboratório Nacional de Los Alamos, o que exigiu uma enorme quantidade de computação. Ele atraiu para o projeto no verão de 1944 ENIAC. Lá ele se juntou as discussões sobre o computador de desenvolvimento EDVAC. Dentro deste grupo, ele escreveu um artigo intitulado "Um projecto de primeiro relatório sobre o EDVAC», baseado na obra de Eckert e Mauchly. Ele estava inacabado quando seu colega Goldstein distribuída projeto com von Neumann (a propósito, Eckert e Mauchly foram atordoados esta notícia). Este documento foi lido por dezenas de colegas von Neumann na América e na Europa e teve um profundo impacto sobre a próxima fase de desenvolvimento do computador.

Os princípios básicos da arquitetura de von Neumann, tal como estabelecido no "primeiro rascunho", ganhou grande popularidade, enquanto Turing cobriu seu relatório sobre a calculadora eletrônica, que tem sido descrito em detalhe na engenharia e programação. Tem sido afirmado e apresentação do carro do autor, que foi chamado o Automatic Computing Engine (ACE). Ele apresentou ao comitê executivo do Laboratório Nacional de Física britânico em 1946. Depois de um tempo, mesmo o sucesso da implementação dos vários projetos da ECA foram produzidos.

iniciar projetos

E o projeto de documentos von Neumann e Turing descreve um computador armazenar na memória um programa específico, mas o artigo Von Neumann alcançado maior circulação na sociedade, e arquitetura de computadores tornou-se conhecida como a arquitetura John von Neumann.

Em 1945, o professor Neumann, que então trabalhava na escola de engenharia na Filadélfia, onde pela primeira vez ENIAC foi construído, emitido em nome de seus colegas relatório sobre o projeto lógico dos computadores digitais. O relatório fornece uma proposta bastante detalhada para a construção da máquina, que desde então se tornou conhecido como o EDVAC. Ela tinha só recentemente foi estabelecida na América, mas um relatório inspirou a criação da von Neumann EDSAC.

Maniacs e Joniacs

Em 1947, Burks, Goldstein e von Neumann publicou outro relatório, que abrangeu a construção de um outro tipo de carro (desta vez paralelo), que era suposto ser extremamente rápida, capaz, talvez, para transportar até 20.000 operações por segundo. Eles observaram que o problema não resolvido na construção do que foi o desenvolvimento de uma memória adequada, todo o conteúdo do que deve estar imediatamente disponíveis. Em primeiro lugar, eles proposta a utilização de um tubo de vácuo especial, chamado o Selectron, o qual foi inventado no laboratório Princeton. Esses tubos são caros, e torná-los muito difícil, especialmente se você estiver usando esta arquitetura. Von Neumann, posteriormente, decidiu construir um carro com base na memória de Williams. Esta máquina, que foi concluída em junho de 1952 em Princeton, tornou-se MANIAC amplamente conhecido (ou apenas Maniacs). Seu design é inspirado pelos criadores sobre a construção da meia dúzia ou mais dispositivos semelhantes, que estão agora a ser construído na América e chamou Johniacs quadrinhos.

princípios de criação

Um dos mais modernos computadores digitais, incorporando desenvolvimento e melhoria na técnica de computação eletrônico automático foi demonstrado no Laboratório Nacional de Física, em Teddington, onde foi projetado e construído por um pequeno grupo de matemáticos, engenheiros e engenheiros de pesquisa, com a assistência de um número de engenheiros de produção da elétrica Inglês Company Ltd. O equipamento ainda está no laboratório, mas apenas como um protótipo de uma planta muito maior, que é conhecido como o Automatic Computing Engine. Mas, apesar do relativamente pequeno peso e teor de apenas 800 válvulas térmicas, é uma máquina de contagem extremamente rápido e versátil.

Conceitos básicos e princípios abstratos cálculo usando máquinas foram formuladas pelo Dr. Turing sobre a base de uma mesma Sociedade Matemática de Londres em 1936, mas trabalhar em tais máquinas no Reino Unido foi adiada pela guerra. Em 1945, o exame dos problemas da criação de tais dispositivos continuou no National Physical Laboratory Dr. Vormsli, Superintendente do Departamento de Matemática do Laboratório. Ele se juntou ao Turing e sua pequena equipe de especialistas, e ao planejamento preliminar 1947 era suficientemente avançada para justificar a criação de um grupo especial.

Os primeiros computadores na arquitetura de von Neumann

O primeiro projeto descreve um esquema que tem sido utilizado por muitas universidades e empresas para construir seus próprios computadores. Entre eles, apenas a ILLIAC ORDVAC e têm conjuntos de instruções compatíveis.

arquitetura de von Neumann clássica foi incorporada na máquina experimental pequena Manchester (SSEM), apelidado de bebê na Universidade de Manchester, que fez seu primeiro lançamento bem sucedido do dispositivo que mantém a memória de programa, 21 de junho de 1948.

Universidade EDSAC de Cambridge, o primeiro computador eletrônico prática deste tipo, foi lançado com sucesso pela primeira vez maio 1949.

O desenvolvimento dos modelos criados

IBM SSEC teve a oportunidade de considerar as instruções como de dados e foi demonstrado publicamente 27 de janeiro de 1948. Esta capacidade é afirmado em US Pat. No entanto, foi parcialmente máquina electromecânico, em vez de uma totalmente electrónico. Na prática, as instruções foram lidas a partir de fita de papel por causa de sua memória limitada.

Baby foi o primeiro computador totalmente eletrônico para executar os programas armazenados. É programa de factoring correu por 52 minutos, 21 de junho de 1948 depois de iniciar e um cálculo simples divisão do cálculo que mostra que os dois números são primos entre si.

ENIAC foi modificado para funcionar como um computador primitivo para somente leitura, mas na mesma arquitetura, e tem sido demonstrado até 16 de Setembro de 1948, e o lançamento do programa de Adele Goldstein organizado com a ajuda de von Neumann.

BINAC passou vários programas de teste em fevereiro, março e abril de 1949, embora não tenha sido concluída até setembro 1949. Além disso, execuções de teste foram realizadas (algumas bem-sucedidas) outros computadores eletrônicos, o que é característico da arquitetura. Von Neumann, pelo caminho, e continuou a trabalhar no projeto "Manhattan". Isso é um homem tão versátil.

Evolução da arquitetura do sistema de ônibus

Através das décadas, já nos anos 60 e 70, os computadores em geral tornaram-se menores e mais rápidos, resultando em uma evolução que sofreu a arquitetura de computador de von Neumann. Por exemplo, a exibição da memória de entrada e de saída permite que os respectivos dispositivos, dados e instruções sobre como integrar-se no sistema que serão processados, permanecem na memória. Um sistema de barramento pode ser utilizado para proporcionar um sistema modular com mais pequeno. Isso às vezes é chamado de "racionalização" da arquitetura. Nas décadas seguintes, às vezes microcontroladores simples não usar alguns recursos de um modelo típico, a fim de reduzir o custo e tamanho. Mas grandes computadores seguem a arquitetura estabelecida, como eles têm características adicionais para melhorar o desempenho.