Von Neumann architecture: keeb kwm ntawm tshwm sim ntawm lub sij hawm

Lub architecture ntawm von Neumann, kuj hu ua tus von Neumann qauv, los yog Princeton architecture, raws li nyob rau hauv tus qauv qhia nyob rau hauv 1945, mathematician thiab physicist John von Neumann nyob rau hauv daim ntawv qhia "Tus thawj cua ntsawj ntshab" ntawm ib tug computer EDVAC.

Lub Circuit Court architecture

Daim ntawv piav txog tus von Neumann architecture daim duab ntawm lub tshuab hluav taws xob cov computer nrog qhov chaw uas muaj kev units, muaj:

• ib tug zauv logic tsev;
• sau ntawm tus processor;
• cov kev tswj chav tsev muaj ib tug qhia register thiab qhov kev pab cuam counter;
• ib tug nco rau khaws cia cov ntaub ntawv;
• ib tug sab nraud cia ntaus;
• tawm tswv yim thiab tso zis mechanisms.

Lub ntsiab lus ntawm txoj kev loj hlob muaj nyob rau hauv lub fact tias tej ntaub khaws tseg rau hauv computer ntaub ntawv yuav siv tau los ntawm qhov kev pab cuam, nyob rau hauv uas lub lag luam, lub xaiv cov ntaub ntawv yuav tsis muab ua si nyob rau tib lub sij hawm, vim hais tias lawv muab ib qho chaw tos tsheb loj. Nws yog hais nyob rau hauv lub "thawj cua ntsawj ntshab", uas qhia txog tus paub txog kev xav txog dab tsi architecture yuav tsum. Von Neumann hu ua qhov teeb meem no "bottleneck", uas feem ntau txwv cov kev ua tau zoo ntawm cov system.

Lub hauv paus ntsiab lus ntawm von Neumann architecture

Cov computer - ib tug computer, khaws cia ib qho kev pab uas muaj kev pab cuam cov lus qhia, cov ntaub ntawv kev nyeem ntawv, sau ntawv, thiab kuj muaj xws li random nkag nco (RAM). Principles of Architecture los ntawm John von Neumann teev nyob rau hauv nws cov hauj lwm "Thawj peb tes num." Raws li nws, computers muab cia rau hauv qhov kev pab cuam lub cim xeeb yog ib tug txhim kho dua cov kev tswj ntawm computers, xws li ENIAC. Cov yav tas twb programmed los ntawm qhov chaw cov keyboards, thiab zoo ntawm lub thaj, uas ua nyob rau hauv routing cov ntaub ntawv thiab kev tswj Pib ntsais koj teeb ntawm lub ntau yam haumxeeb blocks. Nyob rau hauv lub loj heev feem ntau ntawm lub cim xeeb kuj yog siv los ntawm niaj hnub computers nyob rau hauv no txoj kev. Yog li computer architecture von Neumann yog sib txawv, piv txwv li, los ntawm Harvard, yog li ntawd nws tsis siv lub ntsiab thiab cache nco.

prehistory

Tus thawj computers tau muab ib tug taag kev pab cuam. Ib txhia yooj yim heev computers tseem siv no tsim los yog rau simplicity los yog kev kawm lub hom phiaj. Piv txwv li, ib tug desktop lub tshuab xam zauv kuj yog ib tug computer nrog ib tug taag kev pab cuam. Nws yuav ua hauj lwm nrog cov qauv rau kev kawm txog zauv, tab sis nws yuav siv tsis tau raws li ib lo lus processor , los yog ib tug ua si console. Hloov cov tsau tshuab kev pab cuam yuav tsum tau rewiring, restructuring los yog es rov ntawm lub apparatus. Qhov ntxov tshaj plaws computers twb tsis yog li ntawd nqaim, raws li lawv tau tsim rau thawj lub sij hawm thiab rau scientific lub hom phiaj. Reprogramming nyob npaum li cas tom qab ntawd thiab nws yog ib tug laborious txheej txheem, txij thaum lub thaiv kos duab thiab banknotes thiab xaus ncauj lus kom ntxaws designs. Tshwj xeeb tshaj yog nyuaj yog tus txheej txheem ntawm Modernization ntawm lub cev tshuab rov qab raws. Nws yuav siv sij hawm peb lub lis piam installation rau ENIAC thiab ua kom nws ua hauj lwm.

Ib tug tshiab lub tswv yim

Nrog ib tug computer, khaws cia ib qho kev pab nyob rau hauv lub cim xeeb, txhua yam hloov lawm. Muab cia rau hauv lub cim xeeb, lawv yog tsim nrog ib tug txheej ntawm cov lus qhia. Qhov no txhais tau tias, lub cav yuav tam sim ntawd tau ib tug txheej ntawm cov lus qhia mus nqa tawm cov lus teb.

Tus tsim ntawm xws cov kev pab cuam muaj feem rau nws tus kheej-modifying code. Ib qho ntawm thawj cov nroj tsuag xws li ib tug kwv yog ib tug yuav tsum tau rau ib tug algorithm los ua rau kom los yog lwm yam hloov qhov chaw nyob ib sab ntawm cov lus txib. Nws twb muab tso manually nyob rau hauv thaum ntxov designs. Qhov no tsis tshua tseem ceeb heev thaum index sau thiab indirect hais los ua ntau yam ntxwv muaj los ntawm lub computer architecture ntawm John von Neumann machine. Lwm yam kev siv - mus tau ntxig nquag siv cov ntaub ntawv nyob rau hauv lub kwj ntawm cov commands nrog tam sim ntawd lub ntsiab. Tab sis nws tus kheej-modifying code mus rau ib tug loj raws li tau criticized vim hais tias nws yog feem ntau yooj yim to taub thiab debug. Nyob rau hauv tas li ntawd, nws kuj muaj pov thawj rau pab tsis tau nyob rau hauv cov nqe lus ntawm tu tub tu kiv thiab caching schemes ntawm niaj hnub processors.

By thiab loj, muaj peev xwm kho cov lus qhia raws li cov ntaub ntawv - qhov no yog dab tsi ua rau assemblers, compilers, assemblers, loaders thiab lwm yam kev seev nrog tau khoom ntawm cia li programming. Yog li ntawd hais lus, sau cov kev pab uas sau cov kev pab cuam. Nyob rau ib tug me me scale, rov muaj dua khaus tswv yim thiab tso zis ua hauj lwm, xws li BitBlt-duab manipulations txheej thaum ub los yog pixel thiab kab los sib ntsib shaders nyob rau hauv niaj hnub 3D-graphics, tau pom los pab tsis tau khiav tsis tau neeg siv cov khoom.

Kev loj hlob ntawm ib tug tswvyim muab cia rau hauv qhov kev pab cuam lub cim xeeb

Mathematician Alan Turing, uas muaj ib tug paj laum nyob hauv qhov teeb meem ntawm mathematical logic tom qab Max Newman lub lectures ntawm Cambridge University, tau sau ib tsab xov xwm nyob rau hauv 1936, nws tau luam tawm nyob rau hauv lub tsab ntawm lub London lej Society. Nyob rau hauv nws, nws piav ib tug hypothetical tshuab, uas nws hu ua "universal xam tshuab", thiab uas yog tam sim no lub npe hu raws li ib tug universal Turing tshuab. Nws muaj infinite cia (nyob rau hauv niaj hnub terminology - nco), uas muaj ob qho tib si cov lus qhia thiab cov ntaub ntawv, uas yog tsim thiab cov architecture. Von Neumann los ua ntsib nrog Turing ntawm ib lub sij hawm thaum nws yog ib tug mus xyuas cov xibfwb ntawm Cambridge nyob rau hauv 1935, thiab nyob rau hauv lub chav kawm ntawm tiv thaiv nws doctoral dissertation nyob rau Turing lub koom haum rau Advanced Txoj kev tshawb no nyob rau hauv Princeton (New Jersey) nyob rau hauv 1936-1937.

Ntawm nws tus kheej Ji Presper Eckert thiab Dzhon Mochli, uas tsim ENIAC tsev kawm ntawv ntawm hluav taws xob Engineering nyob rau University of Pennsylvania, sau txog lub tswvyim ntawm lub tshuab, uas khw muag khoom qhov kev pab cuam nyob rau hauv lub cim xeeb nyob rau hauv lub Kaum Ob Hlis 1943. Thaum npaj ib tug tshiab tshuab, lub EDVAC, Eckert sau nyob rau hauv Lub ib hlis ntuj 1944 hais tias nws yuav cia cov ntaub ntawv thiab cov kev pab cuam nyob rau hauv lub tshiab ntaus addressable nco siv nws yog xim hlau mercury ncua. Nws yog thawj lub sij hawm qhov kev siv ntawm ib tug xyaum tshuab uas stores qhov kev pab cuam nyob rau hauv lub cim xeeb tau npaj siab. Nyob rau tib lub sij hawm, nws thiab Mauchly twb tsis paub txog qhov ua hauj lwm ntawm Turing (pictured hauv qab no).

Khoos phib tawj architecture: Von Neumann hauv paus ntsiab lus

Von Neumann twb muab kev koom tes nyob rau hauv lub "Manhattan Project" nyob rau hauv lub National Laboratory nyob rau hauv Los Alamos, uas yuav tsum tau ib tug lossis loj npaum li cas ntawm le caag. Nws attracted nws mus rau hauv peb tes num nyob rau hauv lub caij ntuj sov ntawm 1944 ENIAC. Muaj nws tuaj koom kev sib tham nyob rau hauv txoj kev loj hlob EDVAC computer. Tsis pub dhau no pab pawg neeg, nws sau tau ib daim ntawv hu ua "Ib tug thawj cua ntsawj ntshab qhia rau cov EDVAC», raws li nyob rau hauv lub chaw ua hauj lwm ntawm Eckert thiab Mauchly. Nws yog tsis tiav thaum nws colleague Goldstein faib project nrog von Neumann (los ntawm txoj kev, Eckert thiab Mauchly tau xav tsis thoob thaum cov xov xwm no). Daim ntawv no tau nyeem los ntawm dozens ntawm lug txhawb cov miv von Neumann nyob rau hauv America thiab cov teb chaws Europe thiab muaj ib tug profound feem nyob rau theem tom ntej ntawm lub computer kev loj hlob.

Cov yooj yim hauv paus ntsiab lus ntawm von Neumann architecture, raws li teem tawm nyob rau hauv lub "thawj cua ntsawj ntshab," tau ntau tej chaw, thaum Turing them nws daim ntawv qhia txog cov hluav taws xob tshuab xam zauv, uas tau piav nyob rau hauv kom meej nyob rau hauv lub engineering thiab programming. Nws tau raug hais thiab kev nthuav qhia ntawm cov neeg sau txoj tsheb, uas yog hu ua cov Tsis Siv Neeg xam Cav (ACE). Nws hais tias nws mus rau lub thawj pawg neeg ntawm cov British National Physical Kuaj nyob rau hauv 1946. Tom qab ib tug thaum txawm lub kev vam meej kev siv ntawm cov ntau yam ACE designs tau ua.

pib tej yaam num

Thiab peb tes num ntawm von Neumann thiab Turing cov ntaub ntawv qhia txog ib tug computer khaws cia nyob rau hauv lub cim xeeb ib qho kev pab cuam, tab sis qhov tsab xov xwm Von Neumann tiav ntau dua kev nyob rau hauv cov haiv neeg, thiab computer architecture lub npe hu ua John von Neumann architecture.

Nyob rau hauv 1945, xibfwb Neumann, leej twg ces ua hauj lwm nyob rau hauv lub engineering tsev kawm ntawv nyob rau hauv Philadelphia, qhov twg nws ua ntej ENIAC ua tau, muab rau sawv cev ntawm nws cov npoj yaig qhia rau cov zajlus kom tsim ntawm cov computers. Daim ntawv ceeb toom yuav muab ib tug haum ncauj lus kom ntxaws tswv yim rau qhov kev siv ntawm lub tshuab, uas tau txij li thaum ua lub npe hu ua lub EDVAC. Nws tau tsuas ntev los no tau tsim nyob rau hauv America, tab sis ib daim ntawv qhia tau tshwm sim rau hauv cov creation ntawm lub von Neumann EDSAC.

Maniacs thiab Joniacs

Nyob rau hauv 1947, Burks, Goldstein thiab von Neumann luam tawm lwm daim ntawv qhia uas them rau cov kev siv ntawm lwm hom tsheb (lub sij hawm no thaum uas tig mus), uas yuav tsum tsis tshua muaj neeg ceev ceev, muaj peev xwm, tej zaum, mus nqa txog li 20,000 ua hauj lwm ib ob. Lawv muab sau tseg tias teeb meem teeb meem nyob rau hauv kev tsim kho ntawm nws yog txoj kev loj hlob ntawm ib tug haum nco, tag nrho cov txheem ntawm uas yuav tsum muaj sai li sai tau muaj. Ua ntej, lawv npaj siv ib tug tshwj xeeb lub tshuab nqus tsev raj, hu ua lub Selectron, uas twb yees ua nyob rau Princeton laboratory. Tej hlab yog kim, thiab ua rau lawv nyuaj heev, tshwj xeeb tshaj yog yog hais tias koj siv no architecture. Von Neumann tom qab txiav txim siab los tsim ib lub tsheb raws li nyob rau hauv Williams lub cim xeeb. Qhov no siv lub tshuab, uas tau ua tiav nyob rau hauv Lub rau hli ntuj 1952 nyob rau hauv Princeton, tau ua lug paub cov neeg vwm (los yog cia li Maniacs). Nws tsim yog tshwm sim los ntawm cov creators rau qhov kev siv ntawm ib nrab-teb los yog ntau tshaj zoo xws li cov pab kiag li lawm, uas yog tam sim no tab tom ua nyob rau hauv America thiab hu ua comic Johniacs.

creation hauv paus ntsiab lus

Ib tug ntawm cov feem ntau niaj hnub cov computers, embodying txoj kev loj hlob thiab kev txhim kho nyob rau hauv tus txheej txheem uas tsis siv neeg tshuab hluav taws xob le caag twb tau pom hais tias nws nyob rau lub teb chaws lub cev Kuaj nyob rau hauv Teddington, qhov uas nws tau tsim thiab ua los ntawm ib tug me me pab pawg neeg ntawm daim ntawv thom nug, engineers thiab kev tshawb fawb engineers, nrog rau cov kev pab los ntawm ib tug xov tooj ntawm ntau lawm engineers los ntawm cov lus Askiv Electric Tuam txhab Ltd. Cov khoom yog tseem nyob rau hauv lub laboratory, tab sis tsuas yog raws li ib tsab ntawm ib tug loj npaum li cas nroj tsuag, uas yog hu ua tus Automatic xam cav. Tab sis, txawm cov kuj me me yuag thiab cov ntsiab lus ntawm tsuas 800 thermionic li qub, nws yog ib tug tsis tshua ceev thiab ntau yam suav tshuab.

Basic ntsiab thiab paub daws teeb hauv paus ntsiab lus muab xam siv cov cav tov tau lawm formulated los ntawm Dr. Turing rau lub hauv paus ntawm lub tib lub London lej Society nyob rau hauv 1936, tab sis ua hauj lwm rau tej cov cav tov nyob rau hauv lub UK tau raug ncua los ntawm kev tsov rog. Nyob rau hauv 1945, qhov kev xeem ntawm cov teeb meem ntawm txoj kev xws li txuas ntxiv mus nyob rau lub teb chaws lub cev Kuaj Dr. Vormsli, Superintendent ntawm lub Department of Mathematics Laboratory. Nws tuaj koom lub Turing thiab nws pab me me ntawm cov kws txawj, thiab mus rau lub 1947 ua ntej npaj yog txaus siab heev rau pov thawj lub tsev lag luam ntawm ib tug tshwj xeeb cov pab pawg neeg.

Tus thawj computers nyob rau von Neumann architecture

Thawj peb tes num qhia txog ib tug tswvyim uas tau raug siv los ntawm ntau universities thiab corporations los lawv muaj lawv tus kheej computers. Ntawm lawv, tsuas ILLIAC ORDVAC thiab muaj tshaj qhia poob lawm.

Classical von Neumann architecture twb embodied nyob rau hauv Manchester me me sim siv lub tshuab (SSEM), nicknamed Tus me nyuam nyob rau hauv cov tsev kawm ntawv ntawm Manchester, uas ua rau nws cov thawj kev vam meej lub community launch txog lub ntaus ntawv uas tuav cov kev pab cuam lub cim xeeb, 21 Lub rau hli ntuj 1948.

EDSAC University of Cambridge, thawj tswv yim hluav taws xob computer ntawm no zoo, yog launched ntse thawj lub sij hawm nyob rau hauv Tej zaum 1949.

Cov kev loj hlob ntawm lub tsim qauv

IBM SSEC muaj lub sij hawm mus xav txog cov lus qhia raws li tej ntaub ntawv thiab laj mej pej xeem pom hais tias lub ib hlis ntuj 27, 1948. Qhov no muaj peev xwm yog qhia tseeb nyob rau hauv US Pat. Txawm li cas los, nws yog cov electromechanical tshuab, ntau dua li ib siab hluav taws xob. Nyob rau hauv kev xyaum, cov lus qhia tau nyeem los ntawm daim ntawv daim kab xev vim hais tias ntawm nws cov txwv nco.

Tus me nyuam yog tus thawj siab hluav taws xob computer khiav lub muab kev pab cuam. Nws factoring kev pab cuam khiav rau 52 feeb, 21 Lub rau hli ntuj 1948 tom qab pib thiab ib tug yooj yim muab xam faib lub xam uas qhia tau hais tias ob tug xov tooj yog coprime.

ENIAC twb hloov mus ua hauj lwm raws li ib tug txheej thaum ub computer rau nyeem ntawv nkaus xwb, tab sis nyob rau tib lub architecture, thiab tau pom hais tias nws los ntawm Cuaj hlis 16, 1948, thiab lub lub community launch ntawm Adele Goldstein kev pab cuam ib lub koom haum uas muaj kev pab ntawm von Neumann.

BINAC siv li ob peb xeem cov kev pab cuam nyob rau hauv Lub ob hlis ntuj, Lub peb hlis ntuj thiab lub Plaub Hlis 1949, txawm hais tias nws twb tsis ua kom tiav kom txog thaum lub Cuaj Hli Ntuj 1949. Nyob rau hauv tas li ntawd, kev kuaj sau tau nqa tawm (ib co kev vam meej) lwm yam electronic computers, uas yog cov yam ntxwv ntawm cov architecture. Von Neumann, los ntawm txoj kev, thiab txuas ntxiv mus ua hauj lwm rau hauv lub "Manhattan" peb tes num. Qhov ntawd yog zoo li ib tug ntau yam txiv neej.

Evolution ntawm lub tsheb npav system architecture

Los ntawm lub xyoo lawm, twb nyob rau hauv lub 60s thiab 70s, computers nyob rau hauv general tau ua me me thiab ceev, ua rau ib tug evolution uas tau undergone lub computer architecture von Neumann. Piv txwv li, cov zaub ntawm cov tswv yim thiab tso zis nco tso cai rau lub duas paub pab kiag li lawm, cov ntaub ntawv, thiab cov lus qhia yuav ua li cas rau integrate mus rau hauv lub system uas yuav tsum tau ua, nyob twj ywm nyob rau hauv lub cim xeeb. Ib tug bus system yuav raug siv los qhia ib tug modular system nrog me me thiab. Qhov no yog hu ua "kev xav" ntawm architecture. Nyob rau hauv tom ntej xyoo lawm, tej zaum tej yam yooj yim microcontrollers tsis txhob siv ib co nta ntawm ib tug raug qauv nyob rau hauv thiaj li yuav txo tau tus nqi thiab loj. Tab sis loj computers ua raws li tus tsim architecture, raws li lawv muaj ntxiv nta los txhim kho kev kawm ntawv.