หลักการอะไรไม่สอดคล้องกับสถาปัตยกรรม von Neumann? วิธีการทำงานของเครื่องของ von Neumann?

วันนี้มันเป็นเรื่องยากที่จะเชื่อ แต่คอมพิวเตอร์โดยที่หลายคนไม่สามารถจินตนาการชีวิตของฉันมีเพียง 70 ปีที่ผ่านมา หนึ่งในผู้ที่ทำผลงานที่แตกหักไปสู่การจัดตั้งของพวกเขาเป็นนักวิทยาศาสตร์อเมริกัน Dzhon ฟอนเนย์แมน เขาบอกว่าหลักการที่ส่วนใหญ่ของคอมพิวเตอร์และการทำงานไปในวันนี้ พิจารณาว่าเครื่อง von Neumann

ข้อมูลเกี่ยวกับชีวประวัติโดยย่อ

ยานอชเนย์แมนเกิดในปี 1930 ในบูดาเปสต์ในครอบครัวชาวยิวที่ร่ำรวยมากที่ก็สามารถที่จะได้รับต่อมาชื่อของไฮโซ จากวัยเด็กของเขาได้รับความโดดเด่นด้วยความสามารถที่โดดเด่นในทุกพื้นที่ ณ วันที่ 23, นอยมันน์ได้รับการปกป้องวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาในสาขาฟิสิกส์ทดลองและเคมี ในปี 1930 นักวิทยาศาสตร์หนุ่มสาวได้รับเชิญให้ไปทำงานในประเทศสหรัฐอเมริกา, มหาวิทยาลัยพรินซ์ ในเวลาเดียวกันนอยมันน์เป็นหนึ่งในสมาชิกคนแรกของสถาบันการศึกษาระดับสูงที่เขาทำงานเป็นอาจารย์ของเขาจนตาย Neumann ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ได้กว้างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งของกลศาสตร์ควอนตัและแนวคิดของออโต matapparata โทรศัพท์มือถือ

เงินสมทบวิทยาการคอมพิวเตอร์

ก่อนที่เราจะหาสิ่งที่หลักการไม่เป็นไปตาม สถาปัตยกรรมฟอนนอยมันน์ มันจะน่าสนใจที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์มากับความคิดของการสร้างชนิดของคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย

เป็นผู้เชี่ยวชาญในด้านของการระเบิดคณิตศาสตร์และคลื่นช็อกในช่วงต้นปี 1940 ที่ von Neumann เป็นที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่หนึ่งของห้องปฏิบัติการของสำนักงานกระสุนของกองทัพสหรัฐอเมริกา ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1943 เขาเข้ามาอยู่ใน Los Alamos จะมีส่วนร่วมในการพัฒนาของโครงการ Manhettenskogo ที่เชิญบุคคลของผู้นำโร Oppengeymera กำลังงานในการคำนวณการบีบอัด implosive ของค่าใช้จ่ายที่ระเบิดปรมาณูถึงมวลที่สำคัญได้รับการใส่ในด้านหน้าของเขา การแก้ปัญหามันต้องใช้คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ซึ่งดำเนินการครั้งแรกบนเครื่องคิดเลขมือถือและต่อมา tabulators กลของไอบีเอ็มโดยใช้บัตรเจาะ

Von Neumann เริ่มคุ้นเคยกับข้อมูลเกี่ยวกับความคืบหน้าของการสร้างคอมพิวเตอร์กลไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อย่างเต็มที่ที่ ในไม่ช้าเขาถูกดึงดูดไปสู่การพัฒนาของคอมพิวเตอร์ EDVAC และ ENIAC ผลในงานที่เขาเริ่มเขียน "ร่างแรกของรายงานใน EDVAC »ที่ยังไม่สมบูรณ์ในการที่เขานำเสนอให้กับชุมชนวิทยาศาสตร์ความคิดใหม่ทั้งหมดสิ่งที่ควรจะสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์

หลักการของ von Neumann

วิทยาการคอมพิวเตอร์ในปี 1945 มาหยุดนิ่งในขณะที่คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องจะถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำจำนวนการประมวลผลในรูปแบบที่ 10, โปรแกรมสำหรับการดำเนินงานการดำเนินการถูกกำหนดโดยการตั้งค่าในจัมเปอร์แผงแพทช์

นี้จะช่วย จำกัด อำนาจของคอมพิวเตอร์ ความก้าวหน้าที่แท้จริงก็คือหลักการของ von Neumann ในเวลาสั้น ๆ ที่พวกเขาสามารถแสดงออกในหนึ่งประโยค: การเปลี่ยนไปใช้ระบบเลขฐานสองและหลักการของโปรแกรมที่เก็บไว้

การวิเคราะห์

พิจารณาหลักการที่เป็นไปตามโครงสร้างเครื่อง von Neumann คลาสสิกในรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่:

1. ไปที่ระบบเลขฐานสองของทศนิยม

สถาปัตยกรรม Neumann หลักการนี้จะช่วยให้การใช้งานของอุปกรณ์ตรรกะที่ค่อนข้างเรียบง่าย

2. การบริหารจัดการซอฟแวร์ของเครื่องคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

การทำงานของคอมพิวเตอร์จะถูกควบคุมโดยชุดของคำสั่งที่จะดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งหลังจากที่อื่น ๆ การพัฒนาเครื่องแรกที่มีโปรแกรมที่เก็บไว้ในหน่วยความจำที่เป็นจุดเริ่มต้นของการเขียนโปรแกรมที่ทันสมัย

3. ข้อมูลและโปรแกรมที่ถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ร่วมกัน

ในกรณีนี้ทั้งข้อมูลและคำแนะนำการใช้โปรแกรมมีลักษณะเดียวกับการเขียนในระบบเลขฐานสองดังนั้นในบางสถานการณ์มากกว่าพวกเขาเป็นไปได้ในการดำเนินการเช่นเดียวกับข้อมูล

การสอบสวน

นอกจากนี้สถาปัตยกรรมเครื่อง Fonneymanovskoy มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1. สถานที่ตั้งหน่วยความจำที่มีอยู่ซึ่งจะมีหมายเลขติดต่อกัน

ผ่านการใช้หลักการนี้มันก็กลายเป็นไปได้ที่จะใช้ตัวแปรในการเขียนโปรแกรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลาใด ๆ คุณสามารถดูสถานที่ตั้งของหน่วยความจำโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อยู่

2. เป็นไปได้ของสาขาเงื่อนไขในโปรแกรม

ดังกล่าวแล้วคำสั่งโปรแกรมจะต้องดำเนินการตามลำดับ แต่ก็ให้โอกาสที่จะทำให้การเปลี่ยนไปเป็นส่วนหนึ่งของรหัสใด ๆ

อย่างไรเครื่อง von Neumann

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์นี้ประกอบด้วยการจัดเก็บ (หน่วยความจำ) หน่วยตรรกะทางคณิตศาสตร์ (ALU) การควบคุมและการป้อนข้อมูลและอุปกรณ์ส่งออก คำแนะนำการใช้โปรแกรมทั้งหมดจะถูกเขียนในเซลล์หน่วยความจำอยู่ในเขตและข้อมูลสำหรับการประมวลผลพวกเขา - ในสถานที่โดยพลการ

ทีมใดควรประกอบด้วย:

• ระบุว่าการดำเนินการควรจะดำเนินการ;
• ที่อยู่มือถือหน่วยความจำในการที่จะถูกเก็บไว้ข้อมูลเดิมกล่าวว่าการดำเนินงานที่เกี่ยวข้อง
• ที่อยู่ของเซลล์ในการที่จะเขียนผล

คำสั่งเหล่านี้การดำเนินงานที่เฉพาะเจาะจงในการป้อนข้อมูล ALU ดำเนินการและผลที่จะถูกเขียนในเซลล์หน่วยความจำคือจ. เก็บไว้ในรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับเครื่องประมวลผลที่ตามมาหรือส่งไปยังอุปกรณ์แสดงผล (จอภาพเครื่องพิมพ์, ฯลฯ ) และการให้บริการแก่คน

CU ควบคุมทุกส่วนของคอมพิวเตอร์ จากเขาไปยังอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ได้รับสัญญาณคำสั่ง "สิ่งที่ต้องทำ" ตามที่ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขาอยู่ในสภาพของอุปกรณ์อื่น ๆ

ในการควบคุมอุปกรณ์ได้ลงทะเบียนพิเศษที่เรียกว่า "โปรแกรมเคาน์เตอร์" SC หลังจากดาวน์โหลดข้อมูลและโปรแกรมในหน่วยความจำ IC เก็บอยู่ของ 1 ทีมของตน CU อ่านออกเนื้อหาของเซลล์หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่มีที่อยู่ในสหราชอาณาจักรและสถานที่ไว้ในคำสั่ง "สมัคร" หน่วยควบคุมกำหนดการดำเนินงานที่สอดคล้องกับคำสั่งที่เฉพาะเจาะจงและ "หมายเหตุ" ข้อมูลตามที่อยู่ที่ระบุไว้ในนั้นในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ ถัดไป ALU หรือ ฮาร์ดแวร์ คอมพิวเตอร์ดำเนินการต่อไปดำเนินการหลังจากที่เนื้อหาของ SC จะเปลี่ยนไปเป็นหนึ่งม. อีชี้ไปที่คำสั่งต่อไป

คำวิจารณ์

ข้อเสียและสถาปัตยกรรมร่วมสมัยมุมมอง von Neumann ยังคงเป็นเรื่องของการอภิปราย ความจริงที่ว่าเครื่องที่สร้างขึ้นบนหลักการที่นำมาโดยนักวิชาการที่โดดเด่นนี้ไม่สมบูรณ์มันก็สังเกตเห็นมานานแล้ว

ดังนั้นการตรวจสอบของตั๋วในสาขาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์มักจะสามารถหาคำถามที่ว่า "อะไรคือสิ่งที่หลักการที่ไม่สอดคล้องกับสถาปัตยกรรม von Neumann และสิ่งที่บกพร่องก็มี."

ถ้าคำตอบหลังจำเป็นต้องควรระบุ:

• การปรากฏตัวของช่องว่างระหว่างความหมายของการเขียนโปรแกรมภาษาระดับสูงและระบบคำสั่ง;
• ในปัญหาของการกลับมาคืนดี OP และแบนด์วิดธ์หน่วยประมวลผล;
• เกี่ยวกับวิกฤตซอฟแวร์ที่เกิดขึ้นใหม่ที่เกิดจากความจริงที่ว่าค่าใช้จ่ายในการสร้างมีมากต่ำกว่าค่าใช้จ่ายของการพัฒนาฮาร์ดแวร์และคุณไม่สามารถดำเนินการโปรแกรมการทดสอบ;
• ขาดโอกาสในแง่ของประสิทธิภาพเช่นมีอยู่แล้วถึงขีด จำกัด ทางทฤษฎีของตน

เป็นสิ่งที่หลักการไม่สอดคล้องกับสถาปัตยกรรม von Neumann เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับองค์กรของจำนวนมากของกระแสข้อมูลแบบขนานและคำสั่งที่อยู่ในสถาปัตยกรรมมัลติโปรเซสเซอร์

ข้อสรุป

ตอนนี้คุณรู้ว่าสิ่งที่หลักการไม่สอดคล้องกับสถาปัตยกรรม von Neumann เป็นที่ชัดเจนว่าวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไม่ได้ยืนนิ่งและบางทีอาจจะเร็ว ๆ นี้ในแต่ละบ้านจะเป็นชนิดใหม่ที่สมบูรณ์แบบของเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านทางที่มนุษย์จะเข้าถึงระดับใหม่ของการพัฒนา โดยวิธีการเตรียมความพร้อมสำหรับซอฟต์แวร์การจำลองการสอบที่จะช่วยให้ "Von Neumann สถาปัตยกรรม" ทรัพยากรทางการศึกษาดิจิตอลเช่นอำนวยความสะดวกในการดูดซึมของวัสดุและให้โอกาสในการประเมินความรู้ของพวกเขา