Von Neumann'ın mimarisinin prensibi nedir? Von Neumann'ın makinesi nasıl çalışır?

Bugün inanmak zor, ancak bilgisayarlar,Artık pek çoğunun hayatlarını hayal edemeyeceği, sadece 70 yıl önce ortaya çıkmıştı. Yaratılışlarına belirleyici katkı yapanlardan biri Amerikalı bilim adamı John von Neumann'dı. Bugün çoğu bilgisayarın hala çalıştığı ilkeleri önerdi. Von Neumann makinesinin nasıl çalıştığını düşünün.

Kısa biyografi notu

Janos Neiman 1930 yılında Budapeşte'de doğdu.sonradan asalet unvanı alabilir olduğunu Musevi aile çok zengin. Çocukluğundan beri tüm alanlarda üstün yetenekleri ile ayırt edildi. 23 yaşında, Neumann deneysel fizik ve kimya alanında doktora tezini savundu. 1930 yılında genç bilim adamı ABD'de, Princeton Üniversitesi'nde çalışmaya davet edildi. Aynı zamanda Neumann ölümüne kadar bir profesör olarak çalıştı ileri Araştırma Enstitüsü ilk üyelerinden biriydi. Neumann'ın bilimsel ilgi alanları oldukça genişti. Özellikle, kuantum mekaniği ve hücresel otomata matapparata kavramının kurucularından biridir.

Bilişime Katkı

Hangi ilkenin von Neumann mimarisine uymadığını öğrenmeden önce, bilim insanının modern bir bilgisayar oluşturma fikrine nasıl geldiğini öğrenmek ilginç olacaktır.

Patlamalar ve matematiğin uzmanı olmakşok dalgaları, 1940'ların başlarında von Neumann Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Mühimmat Ofisi'nin laboratuvarlarından birinde bir bilimsel danışmantı. 1943 sonbaharında, lider Robert Oppenheimer'in kişisel daveti üzerine Manhattan Projesi'nin gelişimine katılmak için Los Alamos'a geldi. Ondan önce atom bombası yükünün çarpışma basıncını kritik kütleye hesaplamanın göreviydi. Bunu çözmek için, önce el hesap makinelerinde ve daha sonra IBM'in mekanik tablolarında, delikli kartlar kullanılarak yapılan büyük hesaplamalar gerekliydi.

Von Neumann kurs hakkında bilgi aldıElektronik-mekanik ve tam elektronik bilgisayarların oluşturulması. Yakında, o işin sonuçlanan o "EDVAC» hakkındaki raporun ilk taslağını yazmaya başladı EDVAC ve ENIAC bilgisayarların gelişmesine çekti, o bilimsel topluluk bilgisayar mimarisi ne olması gerektiği tamamen yeni bir fikir, sunumunun yapıldığı, bitmemiş kalmıştır.

Von Neumann'ın İlkeleri

1945'te bilim olarak bilişim bitti,bellekte saklanan tüm bilgisayarlar 10. formda işlendiğinden ve işlemlerin gerçekleştirilmesine yönelik programlar, atlama paneline jumper'lar takılarak ayarlanmıştır.

Bu, olasılıkları önemli ölçüde sınırladıbilgisayarlar. Gerçek bir atılım, von Neumann'ın ilkeleri oldu. Kısaca, bir cümle içinde ifade edilebilirler: ikili sayı sistemine geçiş ve saklanan programın prensibi.

analizi

Von Neumann makinesinin klasik yapısının hangi prensiplere dayandığını daha ayrıntılı olarak ele alalım:

1. Ondalıktan ikili sisteme geçiş

Neumann mimarisinin bu prensibi, oldukça basit mantık cihazlarını kullanmamıza izin veriyor.

2. Elektronik bir bilgisayarın yazılım kontrolü

Bilgisayarın çalışması birbiri ardına birbiri ardına yürütülen bir dizi komutla kontrol edilir. Hafızada saklanan bir programla ilk makinelerin gelişimi modern programlamanın temelini attı.

3. Bilgisayarın hafızasındaki veri ve programlar birlikte saklanır.

Bu durumda, hem veri hem de program komutları ikili sistemde yazmanın aynı yoluna sahiptir, bu nedenle belirli durumlarda yukarıdaki gibi aynı eylemleri veri üzerinde gerçekleştirmek mümkündür.

soruşturma

Ayrıca, Fonnemann makinesinin mimarisi aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Bellek hücrelerinin sıralı olarak numaralandırılmış adresleri vardır.

Bu ilkenin uygulanması sayesinde, programlamada değişkenler kullanmak mümkün hale gelmiştir. Özellikle, herhangi bir zamanda, adresindeki belirli bir bellek konumuna başvurabilirsiniz.

2. Program yürütme sırasında koşullu bir aktarım olasılığı

Daha önce de belirtildiği gibi, programlardaki komutlar sırayla yürütülmelidir. Bununla birlikte, kodun herhangi bir bölümüne geçiş yapmak için bir fırsat vardır.

Von Neumann nasıl çalışır?

Böyle bir matematiksel model oluşurbellek (bellek), aritmetik mantık birimi (ALU), kontrol, giriş ve çıkış aygıtları. Tüm program talimatları mahallede bulunan bellek hücrelerinde yazılmıştır ve bunların işlenmesi için veri keyfi hücrelerdedir.

Herhangi bir takım şunları içermelidir:

• Hangi işlemin yapılması gerektiğini belirtin;
• Belirtilen işlem tarafından etkilenen orijinal verilerin saklandığı bellek hücrelerinin adresleri;
• sonucun yazılması gereken hücrelerin adresleri.

Özel işlemlerle belirtilen komutlarBaşlangıçtaki veriler ALU tarafından gerçekleştirilir ve sonuçlar bellek hücrelerinde yazılır, yani sonraki işlem için uygun bir biçimde saklanır veya çıktı aygıtına (monitör, yazıcı, vb.) Iletilir ve kişiye sunulur.

CU, bilgisayarın tüm bölümlerini kontrol eder. Ondan diğer cihazlara "ne yapılır" sinyalleri-siparişleri alırsınız ve diğer cihazlardan içinde bulundukları durum hakkında bilgi alır.

Kontrol cihazı özel birSC'nin "komut sayacı" olarak adlandırılan bir kayıt. Orijinal verileri ve programı belleğe yükledikten sonra, SC, 1. komutunun adresini kaydeder. UU, hücrenin içeriğini bilgisayarın belleğinden okur, adresi SC'de bulunur ve "Komut Kaydı" na yerleştirir. Kontrol cihazı, belirli bir komuta karşılık gelen işlemi ve bilgisayar hafızasında adresleri belirtilmiş olan verileri "işaretler" i belirler. Ayrıca, ALU veya bilgisayar donanımı çalışmaya ilerler, bundan sonra SC'nin içeriği bire değiştirilir, yani bir sonraki komutu gösterir.

eleştiri

Dezavantajlar ve mimarinin modern perspektiflerivon Neumann tartışmaya konu olmaya devam ediyor. Bu üstün bilim insanının geliştirdiği ilkeler üzerinde yaratılan makinelerin mükemmel olmadığı gerçeği çok uzun zaman önce fark edildi.

Bu nedenle, bilgisayar bilimi üzerine yapılan sınav biletlerinde genellikle "Neumann'ın mimarisinin hangi prensibi karşılayamadığı ve hangi dezavantajlara sahip olmadığı" sorusunu bulabilir.

İkinci bölümüne yanıt verirken, belirtmek gerekir:

• üst düzey programlama dilleri ve komut sistemi arasında anlamsal bir boşluk bulunması için;
• OP ve işlemcinin bant genişliği eşleştirme problemi;
• ortaya çıkan yazılım krizindeYaratılışının maliyeti, gelişmekte olan donanımın maliyetinden çok daha düşük olduğu için ve programı tamamen test etmenin bir yolu olmadığı için;
• teorik sınırına zaten ulaşıldığından, hız bakımından beklentilerin eksikliği.

Hangi prensibe göre değilvon Neumann mimarisine karşılık gelir, o zaman çok işlemcili bir mimaride doğal olarak bulunan çok sayıda veri akışının ve komutunun paralel organizasyonu hakkında konuşuyoruz.

Sonuç

Şimdi hangi prensibi biliyorsunuzvon Neumann mimarisine karşılık gelir. Açıkçası, bilim ve teknoloji hala ayakta durmuyor ve belki de çok yakında, tamamen yeni bir tip bilgisayar, her evde ortaya çıkacak ve insanlığın gelişiminin yeni bir seviyesine erişeceği için. Bu arada, simülatör programı "Von Neumann Mimarlık" sınava hazırlanmaya yardımcı olacaktır. Bu tür dijital eğitim kaynakları, materyalin öğrenilmesini kolaylaştırır ve bilginizi değerlendirmek için bir fırsat sunar.