architecture de Von Neumann: l'histoire de l'apparition du terme

L'architecture de von Neumann, également connu sous le modèle de von Neumann, ou l' architecture de Princeton, selon la méthode décrite en 1945, mathématicien et physicien John von Neumann dans le rapport « Le premier projet » d'un EDVAC informatique.

L'architecture du circuit

Le rapport décrit le schéma de l'architecture de von Neumann de l'ordinateur numérique électronique avec des pièces comprenant des unités de traitement, comprenant:

• une unité arithmétique et logique;
• registres du processeur;
• l'unité de commande comprenant un registre d'instruction et le compteur de programme;
• une mémoire pour stocker des données;
• un dispositif de stockage externe;
• d'entrée et de sortie des mécanismes.

Le sens du développement a consisté dans le fait que toute information stockée sur les informations de l'ordinateur peut être utilisé par le programme, dans lequel l'opération, les données sélectionnées ne peuvent être lus en même temps, parce qu'ils partagent un bus commun. Il est mentionné dans le « premier projet », qui décrit la pensée scientifique sur ce que l'architecture devrait être. Von Neumann a appelé cette situation « goulot d'étranglement », ce qui limite souvent les performances du système.

Les principes de l'architecture de von Neumann

ordinateur numérique – un ordinateur, stockant un programme qui comprend des instructions de programme, la lecture de données, d'écriture et comprend également une mémoire à accès aléatoire (RAM). Principes d'architecture de von Neumann John décrits dans son ouvrage « Le premier projet. » Selon lui, les ordinateurs stockés dans la mémoire du programme ont été une amélioration par rapport au contrôle des ordinateurs, tels que ENIAC. Ce dernier a été programmé par le réglage des commutateurs, et l'insertion de la pastille, ce qui entraîne dans les données de routage et de contrôle des signaux entre les différents blocs fonctionnels. Dans la grande majorité de la mémoire est également utilisée par les ordinateurs modernes de cette façon. Ainsi , l' architecture informatique von Neumann est différent, par exemple, de Harvard, de sorte qu'il n'utilise pas la mémoire principale et le cache.

préhistoire

Les premiers ordinateurs ont reçu un programme fixe. Certains ordinateurs très simples utilisent encore cette conception ou à des fins de simplicité ou de formation. Par exemple, une calculatrice de bureau est aussi un ordinateur avec un programme fixe. Il peut fonctionner avec les bases des mathématiques, mais il ne peut pas être utilisé comme un traitement de texte , ou une console de jeux. Modification du programme de la machine fixe nécessite recâblage, la restructuration ou la réorganisation de l'appareil. Les premiers ordinateurs ne sont pas si étroits, comme ils l'ont été mis au point pour la première fois et à des fins scientifiques. Reprogrammation est apparu beaucoup plus tard et ce fut un processus laborieux, puisque les diagrammes de blocs et des billets de banque et de fin des plans détaillés. a été particulièrement difficile le processus de modernisation des canaux physiques de récupération de la machine. Il peut prendre l'installation de trois semaines ENIAC et d'essayer de le faire fonctionner.

Une nouvelle idée

Avec un ordinateur, stockant un programme en mémoire, tout a changé. Stockées dans la mémoire, ils sont la conception d'un ensemble d'instructions. Cela signifie que la machine peut obtenir immédiatement un ensemble d'instructions pour effectuer les calculs.

La conception de ces programmes concerne le code d'auto-modification. L'une des premières plantes pour cet objet était besoin d'un algorithme pour augmenter ou changer la partie d'adresse de commandes. Il a été placé manuellement dans les conceptions début. Cela est devenu moins important lorsque les registres d'index et l'adressage indirect sont devenus des caractéristiques communes possédées par l'architecture informatique des machines John von Neumann. D'autres utilisations – pour insérer des données fréquemment utilisées dans le flux de commandes avec des solutions immédiates. Mais le code automodifiant dans une large mesure a été critiquée parce qu'elle est généralement difficile de comprendre et de débogage. De plus, il est également avéré être inefficace en termes de systèmes de reproduction et de mise en mémoire cache des processeurs modernes.

En gros, la capacité de traiter des instructions en tant que données – c'est ce qui fait assemblage, les assembleurs, les chargeurs et autres instruments avec des objets possibles de la programmation automatisée. Pour ainsi dire, d'écrire des programmes qui écrivent des programmes. À plus petite échelle, les opérations d'entrée et de sortie intenses récurrents, tels que les manipulations BitBlt-images primitives ou shaders pixel et vertex en 3D graphiques modernes, ont été trouvés inefficaces pour fonctionner sans l'équipement utilisateur.

Développement d'un concept stocké dans la mémoire de programme

Mathématicien Alan Turing, qui avait un intérêt pour le problème de la logique mathématique après les conférences de Max Newman à l' Université de Cambridge, a écrit un article en 1936, il a été publié dans l'édition de la London Mathematical Society. Dans ce document, il décrit une machine hypothétique, qu'il appelait « machine informatique universelle », et qui est maintenant connu comme une machine de Turing universelle. Elle avait le stockage infini (dans la terminologie moderne – mémoire), qui contenait les instructions et les données, qui a été créé et l'architecture. Von Neumann fait la connaissance de Turing à un moment où il a été professeur invité à Cambridge en 1935, et au cours de défendre sa thèse de doctorat à l'Institut Turing Advanced Study à Princeton (New Jersey) en 1936-1937.

Indépendamment Ji Presper Eckert et Dzhon Mochli, qui a développé ENIAC École de génie électrique à l'Université de Pennsylvanie, a écrit sur le concept de la machine, qui stocke le programme en mémoire en Décembre 1943. Lors de la planification d'une nouvelle machine, la EDVAC, Eckert a écrit en Janvier 1944, il va stocker les données et programmes dans la nouvelle mémoire adressable de l'appareil en utilisant retard de mercure métallique. Ce fut la première fois la construction d'une machine pratique qui stocke le programme dans la mémoire ont été proposées. En même temps, lui et Mauchly étaient pas au courant des travaux de Turing (photo ci-dessous).

Architecture informatique: principe de Von Neumann

Von Neumann a été impliqué dans le « Projet Manhattan » au Laboratoire national de Los Alamos, qui a nécessité une énorme quantité de calcul. Il l'a attiré au projet à l'été 1944 ENIAC. Là, il rejoint les discussions sur l'ordinateur EDVAC de développement. Au sein de ce groupe, il a écrit un article intitulé « Un premier projet de rapport sur la EDVAC», basée sur les travaux de Eckert et Mauchly. Il était inachevé quand son collègue Goldstein distribué projet avec von Neumann (en passant, Eckert et Mauchly ont été stupéfaits de cette nouvelles). Ce document a été lu par des dizaines de collègues von Neumann en Amérique et en Europe et a eu un impact profond sur la prochaine étape du développement informatique.

Les principes de base de l'architecture de von Neumann, comme indiqué dans le « premier projet », a gagné une grande popularité, alors que couvrait son rapport Turing sur la calculatrice électronique, qui a été décrit en détail dans l'ingénierie et la programmation. Il a été déclaré et la présentation de la voiture de l'auteur, qui a été appelé Automatic Computing Engine (ACE). Il a présenté au comité exécutif du National Physical Laboratory britannique en 1946. Après un certain temps, même la mise en œuvre réussie des différents modèles de l'ECA ont été produits.

lancer des projets

Et le projet de documents de von Neumann et décrit un ordinateur Turing stockage en mémoire un programme spécifique, mais l'article Von Neumann a réalisé une plus grande circulation dans la société, et l'architecture informatique est devenu connu comme l'architecture de von Neumann John.

En 1945, le professeur Neumann, qui a ensuite travaillé à l'école d'ingénieur à Philadelphie, où il a d'abord ENIAC a été construit, délivré au nom de ses collègues un rapport sur la conception logique des ordinateurs numériques. Le rapport fournit une proposition assez détaillée pour la construction de la machine, qui est depuis devenu connu sous le nom EDVAC. Elle avait récemment été mis en place en Amérique, mais un rapport a inspiré la création de von Neumann EDSAC.

Maniacs et Joniacs

En 1947, Burks, Goldstein et von Neumann a publié un autre rapport qui portait sur la construction d'un autre type de voiture (ce parallèle temps), ce qui était censé être extrêmement rapide, capable, peut-être, de transporter jusqu'à 20.000 opérations par seconde. Ils ont noté que le problème non résolu dans la construction de celui-ci a été le développement d'une mémoire appropriée, tout le contenu dont doivent être immédiatement disponibles. Tout d'abord, ils ont proposé d'utiliser un tube à vide spécial, appelé Selectron, qui a été inventé au laboratoire de Princeton. Ces tubes sont chers, et les rendent très difficile, surtout si vous utilisez cette architecture. Von Neumann a ensuite décidé de construire une voiture basée sur la mémoire de Williams. Cette machine, qui a été achevé en Juin 1952, à Princeton, est devenu FOU largement connu (ou tout simplement Maniacs). Son design est inspiré des créateurs sur la construction de la demi-douzaine de dispositifs similaires, qui sont maintenant en cours de construction en Amérique et a appelé Johniacs comiques.

principes de création

L'une des la plupart des ordinateurs numériques modernes, incarnant le développement et l'amélioration de la technique de calcul électronique automatique a été démontrée au National Physical Laboratory à Teddington, où il a été conçu et construit par un petit groupe de mathématiciens, d'ingénieurs et d'ingénieurs de recherche, avec l'aide d'un certain nombre d'ingénieurs de production de l'anglais électrique Company Ltd. L'équipement est encore en laboratoire, mais seulement comme un prototype d'une plante beaucoup plus grande, qui est connu sous le nom de calcul automatique du moteur. Mais, malgré le poids relativement faible et le contenu de seulement 800 valves thermoionique, il est une machine de comptage extrêmement rapide et polyvalent.

Calcul des concepts de base et des principes abstraits utilisant des machines ont été formulées par le Dr Turing sur la base de la même société mathématique de Londres en 1936, mais le travail sur ces machines au Royaume-Uni a été retardée par la guerre. En 1945, l'examen des problèmes de la création de tels dispositifs est poursuivie au National Physical Laboratory Dr Vormsli, surintendant du Département du Laboratoire de mathématiques. Il a rejoint le Turing et sa petite équipe d'experts et à la planification préliminaire 1947 était suffisamment avancée pour justifier la mise en place d'un groupe spécial.

Les premiers ordinateurs sur l'architecture de von Neumann

Le premier projet décrit un système qui a été utilisé par de nombreuses universités et les entreprises à construire leurs propres ordinateurs. Parmi eux, seuls ILLIAC ORDVAC et ont des jeux d'instructions compatibles.

L'architecture classique von Neumann a été incarné à Manchester petite machine expérimentale (SSEM), surnommé bébé à l'Université de Manchester, qui a fait son premier lancement réussi du dispositif qui maintient la mémoire du programme, le 21 Juin 1948.

EDSAC Université de Cambridge, le premier ordinateur électronique pratique de ce genre, a été lancé avec succès la première fois mai 1949.

Le développement des modèles créés

IBM SSEC a eu l'occasion d'examiner les instructions que les données et a été publiquement démontré 27 Janvier 1948. Cette capacité est affirmé dans le brevet US. Cependant, il était en partie la machine électromécanique, plutôt que d'un entièrement électronique. Dans la pratique, les instructions ont été lues à partir de la bande de papier en raison de sa mémoire limitée.

Bébé a été le premier ordinateur entièrement électronique pour exécuter les programmes stockés. Ce programme d'affacturage a duré 52 minutes, le 21 Juin 1948, après le démarrage et un simple calcul divisant le calcul qui montre que les deux chiffres sont coprime.

ENIAC a été modifié pour fonctionner comme un ordinateur primitif pour lecture seule, mais sur la même architecture, et a été démontrée le 16 Septembre 1948, et le lancement du programme Adele Goldstein a organisé avec l'aide de von Neumann.

BINAC a passé plusieurs programmes de test en Février, Mars et Avril 1949, bien qu'il ne fut achevée qu'en 1949 Septembre. En outre, séries de tests ont été effectués (certains succès) d'autres ordinateurs électroniques, ce qui est caractéristique de l'architecture. Von Neumann, en passant, et a continué à travailler sur le projet « Manhattan ». C'est un homme polyvalent.

Evolution de l'architecture du système de bus

Au fil des décennies, déjà dans les années 60 et 70, les ordinateurs en général sont devenus plus petits et plus rapides, ce qui entraîne une évolution qui a subi l'architecture informatique von Neumann. Par exemple, l'affichage de l'entrée et de la mémoire de sortie permet aux appareils respectifs, des données et des instructions sur la façon d'intégrer dans le système qui sera traité, restent en mémoire. Un système de bus peut être utilisé pour fournir un système modulaire avec des plus petits. Cela est parfois appelé la « rationalisation » de l'architecture. Au cours des décennies suivantes, parfois simples micro-contrôleurs ne pas utiliser certaines fonctionnalités d'un modèle typique afin de réduire le coût et la taille. Mais les grands ordinateurs suivent l'architecture établie, car ils ont ajouté des fonctionnalités pour améliorer les performances.