Je, ni kanuni gani ya usanifu wa von Neumann? Mashine ya von Neumann inafanya kazi gani?

Leo ni vigumu kuamini, lakini kompyuta, bila ambayo wengi hawawezi tena kutafakari maisha yao, walionekana miaka 70 tu iliyopita. Mmoja wa wale waliofanya mchango mkubwa katika uumbaji wao alikuwa mwanasayansi wa Marekani John von Neumann. Alipendekeza kanuni ambazo kompyuta nyingi zinafanya kazi leo. Fikiria jinsi mashine ya Neumann inavyofanya kazi.

Maelezo mafupi ya biografia

Janos Neiman alizaliwa mwaka wa 1930 huko Budapest, katika familia ya Kiyahudi yenye utajiri sana, ambaye baadaye aliweza kupata jina la mheshimiwa. Alijulikana tangu utoto na uwezo mkubwa katika nyanja zote. Wakati wa miaka 23, Neiman tayari alitetea dhana yake ya Ph.D. katika fizikia ya majaribio na kemia. Mwaka wa 1930, mwanasayansi mdogo alialikwa kufanya kazi huko Marekani, Chuo Kikuu cha Princeton. Wakati huo huo, Neiman akawa mmoja wa wafanyakazi wa kwanza wa Taasisi ya Mafunzo ya Juu, ambako alifanya kazi kama profesa hadi mwisho wa maisha yake. Maslahi ya kisayansi ya Neumann yalikuwa makubwa sana. Hasa, yeye ni mmoja wa waumbaji wa hisabati ya mechanism ya quantum na dhana ya automata ya mkononi.

Mchango kwa Kompyuta

Kabla ya kujua kanuni ambayo haifani na usanifu wa von Neumann, itakuwa ya kuvutia kujifunza jinsi mwanasayansi alikuja kwenye wazo la kujenga kompyuta ya kisasa.

Kuwa mtaalam katika uwanja wa hisabati ya mlipuko na mawimbi ya mshtuko, mapema miaka ya 1940 von Neumann alikuwa mshauri wa kisayansi katika moja ya maabara ya Ofisi ya Umoja wa Jeshi la Umoja wa Mataifa. Katika msimu wa 1943, aliwasili Los Alamos kushiriki katika maendeleo ya Mradi wa Manhattan kwa mwaliko wa kibinafsi wa kiongozi wake, Robert Oppenheimer. Kabla yake kulikuwa na kazi ya kuhesabu nguvu ya kuingilia msukumo wa malipo ya bomu ya atomiki kwa molekuli muhimu. Ili kutatua, mahesabu makubwa yalitakiwa, ambayo kwa mara ya kwanza yalifanyika kwa wahesabuji wa mkono, na baadaye kwenye mabatili ya mitambo ya IBM, kwa kutumia kadi za punch.

Von Neumann alifahamu habari juu ya maendeleo ya uumbaji wa kompyuta na vifaa vya elektroniki vya elektroniki. Hivi karibuni alihusika katika maendeleo ya kompyuta EDVAC na ENIAC, kama matokeo ya ambayo alianza kuandika kazi "Rasimu ya kwanza ya ripoti juu ya EDVAC", iliyobaki isiyofanywa, ambapo aliwasilisha kwa jamii ya kisayansi wazo la kabisa la nini usanifu wa kompyuta unapaswa kuwa.

Kanuni za Von Neumann

Masomo kama sayansi ya mwaka wa 1945 ilikuwa katika hali mbaya, kama kompyuta zote zilizohifadhiwa katika namba zao zimehifadhiwa katika fomu ya 10, na mipango ya kufanya kazi iliwekwa na kuweka vipindi kwenye jopo la kiraka.

Hii imepungua sana uwezo wa kompyuta. Mafanikio halisi yalikuwa kanuni za von Neumann. Kwa kifupi, wanaweza kuelezwa kwa sentensi moja: mabadiliko ya mfumo wa namba ya binary na kanuni ya programu iliyohifadhiwa.

Uchambuzi

Hebu tuchunguze, juu ya kanuni gani muundo wa aina ya mashine ya von Neumann umezingatia, kwa undani zaidi:

1. Mpito kwa mfumo wa binary kutoka decimal

Kanuni hii ya usanifu wa Neumann inatuwezesha kutumia vifaa vya mantiki rahisi.

2. Udhibiti wa programu ya kompyuta ya kompyuta

Uendeshaji wa kompyuta inadhibitiwa na seti ya maagizo yanayofanyika kwa ufanisi mmoja kwa mwingine. Maendeleo ya mashine ya kwanza na programu iliyohifadhiwa katika kumbukumbu iliweka msingi wa programu za kisasa.

3. Takwimu na mipango katika kumbukumbu ya kompyuta ni kuhifadhiwa pamoja

Katika kesi hiyo, data zote na amri za programu zina njia sawa ya kuandika katika mfumo wa binary, hivyo katika hali fulani, inawezekana kufanya vitendo sawa na hapo juu kwenye data.

Matokeo

Aidha, usanifu wa mashine ya Fonnemann ina sifa zifuatazo:

1. Siri za kumbukumbu zina anwani ambazo zimehesabiwa sequentially

Shukrani kwa matumizi ya kanuni hii, iliwezekana kutumia vigezo katika programu. Hasa, wakati wowote unaweza kutaja sehemu fulani ya kumbukumbu kwenye anwani yake.

2. Uwezekano wa uhamisho wa masharti wakati wa utekelezaji wa programu

Kama ilivyoelezwa tayari, amri katika programu zinapaswa kutekelezwa kwa sequentially. Hata hivyo, inawezekana kufanya mpito kwenye eneo lolote la msimbo.

Jinsi ya mashine ya Neumann inavyofanya kazi

Kipimo hiki cha hisabati kina kumbukumbu (ZU), kitengo cha mantiki ya hesabu (ALU), kifaa cha kudhibiti, pamoja na vifaa vya pembejeo na pato. Maelekezo yote ya programu yameandikwa katika seli za kumbukumbu zilizopo katika jirani, na data kwa ajili ya usindikaji wao ni katika seli za kiholela.

Timu yoyote inapaswa kuwa na:

• Taja operesheni ambayo inapaswa kufanywa;
• Anwani za seli za kumbukumbu ambayo data ya awali yanayoathiriwa na operesheni maalum imehifadhiwa;
• Anwani za seli ambayo matokeo yanapaswa kuandikwa.

Shughuli zinaonyeshwa na amri juu ya data maalum ya awali zinafanywa na ALU, na matokeo yameandikwa kwenye seli za kumbukumbu, yaani, kuhifadhiwa kwa fomu inayofaa kwa ajili ya usindikaji wa baadaye, au kupelekwa kwenye kifaa cha pato (kufuatilia, printer, nk) na kupatikana kwa mtu.

CU inasimamia sehemu zote za kompyuta. Kutoka kwa vifaa vingine hupokea amri za ishara "nini cha kufanya", na kutoka kwenye vifaa vingine hupokea taarifa kuhusu hali gani waliyo nayo.

Kifaa cha kudhibiti kina rejista maalum inayoitwa "counter counter" ya SC. Baada ya kupakia data ya chanzo na programu katika kumbukumbu, SC inaandika anwani ya amri yake ya kwanza. UC inasoma yaliyomo ya kiini kutoka kwa kumbukumbu ya kompyuta, ambayo anwani yake iko katika SC, na kuiweka kwenye "Daftari ya Amri". Kifaa cha kudhibiti huamua operesheni sambamba na amri maalum, na "alama" katika kumbukumbu ya kompyuta data ambayo anwani zake zinaonyeshwa ndani yake. Zaidi ya hayo, vifaa vya ALU au vifaa vya kompyuta vinaendelea kufanya kazi, baada ya yaliyomo ya SC yanabadilika kuwa moja, yaani, inaonyesha amri ijayo.

Ushauri

Mapungufu na mtazamo wa kisasa wa usanifu wa von Neumann huendelea kuwa majadiliano. Ukweli kwamba mashine zilizoundwa juu ya kanuni zilizotajwa na mwanasayansi huyu sio kamili zimeonekana muda mrefu sana uliopita.

Kwa hiyo, katika tiketi za mtihani kwenye sayansi ya kompyuta mtu anaweza kupata swali "mara ngapi kanuni ya usanifu wa von Neumann haifani na nini na hasara gani ina."

Wakati wa kujibu sehemu yake ya pili, ni muhimu kuonyesha:

• Kwa kuwepo kwa pengo la semantiki kati ya lugha za kiwango cha juu vya programu na mfumo wa amri;
• Juu ya tatizo la kulinganisha OP na bandwidth ya processor;
• Juu ya mgogoro wa programu zinazojitokeza, unaosababishwa na ukweli kwamba gharama ya uumbaji wake ni duni sana kuliko gharama ya maendeleo ya vifaa, na hakuna uwezekano wa kupima kamili programu;
• Ukosefu wa matarajio kwa kasi ya kasi, kwani kikomo chake kinadharia tayari imefikia.

Kwa maana kanuni gani haifani na usanifu wa von Neumann, basi tunazungumzia kuhusu sambamba shirika la idadi kubwa ya mito na amri za data zinazozalishwa katika usanifu wa multiprocessor.

Hitimisho

Sasa unajua nini usanifu wa von Neumann haufanani na. Kwa wazi, sayansi na teknolojia hazisimama, na, labda hivi karibuni sana, kompyuta za aina mpya kabisa itaonekana kila nyumba, kwa sababu ambazo ubinadamu utafikia ngazi mpya ya maendeleo yake. Kwa njia, kujiandaa kwa ajili ya mtihani itasaidia mpango wa mafunzo "Architecture von Neumann." Rasilimali hizo za elimu ya digital zinawezesha kujifunza kwa nyenzo na kutoa nafasi ya kutathmini ujuzi wako.