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Arquitectura de von Neumann: historia de la aparición del término

La arquitectura de von Neumann, también conocido como el modelo de von Neumann, o la arquitectura Princeton, basado en el método descrito en 1945, matemático y físico John von Neumann en el informe "El primer borrador" de una EDVAC ordenador.

La arquitectura de circuitos

El informe describe el diagrama de la arquitectura von Neumann del ordenador digital electrónico con partes que consiste de unidades de procesamiento, que comprende:

  • una unidad aritmética lógica;
  • registros del procesador;
  • la unidad de control que comprende un registro de instrucciones y el contador de programa;
  • una memoria para almacenar datos;
  • un dispositivo de almacenamiento externo;
  • de entrada y salida mecanismos.

El significado del desarrollo consistió en el hecho de que cualquier información almacenada en la información de la computadora puede ser utilizado por el programa, en el que la operación, los datos seleccionados no se pueden reproducir al mismo tiempo, ya que comparten un bus común. Se menciona en el "primer borrador", que describe el pensamiento científico acerca de lo que debería ser la arquitectura. Von Neumann llamó a esta situación "cuello de botella", que a menudo limita el rendimiento del sistema.

Los principios de la arquitectura von Neumann

computadora digital – un ordenador, que almacena un programa que comprende instrucciones de programa, la lectura de datos, la escritura, y también incluye la memoria de acceso aleatorio (RAM). Principios de Arquitectura de John Von Neumann describen en su trabajo "El primer proyecto." Según él, los equipos almacenados en la memoria del programa eran una mejora sobre el control de los ordenadores, como el ENIAC. Este último fue programado por ajuste de los conmutadores, y la inserción del parche, lo que resulta en el encaminamiento de señales de datos y de control entre los diversos bloques funcionales. En la gran mayoría de la memoria también es utilizado por las computadoras modernas de esta manera. Por lo tanto la arquitectura de computadores von Neumann es diferente, por ejemplo, de la Universidad de Harvard, de modo que no utiliza la memoria principal y la memoria caché.

prehistoria

Los primeros ordenadores se les dio un programa fijo. Algunos equipos muy simples siguen utilizando este diseño o por simplicidad o de formación. Por ejemplo, una calculadora de escritorio es también un ordenador con un programa fijo. Se puede trabajar con los fundamentos de las matemáticas, pero no puede ser utilizado como un procesador de textos , o una consola de juegos. Cambiar el programa de la máquina fija requiere cableado, reestructuración o reorganización del aparato. Los primeros ordenadores no eran tan estrechos, ya que se han desarrollado por primera vez y para fines científicos. Reprogramación apareció mucho más tarde y fue un proceso laborioso, ya que los diagramas de bloques y billetes de banco y que terminan los diseños detallados. Especialmente difícil fue el proceso de modernización de los canales de recuperación de la máquina físicas. Se puede tomar instalación de tres semanas de ENIAC y tratando de hacer que funcione.

Una nueva idea

Con un ordenador, que almacena un programa en la memoria, todo cambió. Almacenado en la memoria, son de diseño con un conjunto de instrucciones. Esto significa que la máquina puede conseguir de inmediato una serie de instrucciones para llevar a cabo los cálculos.

El diseño de tales programas se relaciona con el código auto-modificable. Una de las primeras plantas para un objeto tal era una necesidad de un algoritmo para aumentar o cambiar la parte de dirección de los comandos de otra manera. Fue colocado manualmente en los primeros diseños. Esto se hizo menos importante cuando los registros de índice y direccionamiento indirecto se convirtieron en características comunes que posee la arquitectura informática de las máquinas de John Von Neumann. Otros usos – para insertar datos de uso frecuente en la corriente de comandos con soluciones inmediatas. Pero el código auto-modificable en gran medida ha sido criticada ya que suele ser difícil de entender y de depuración. Además, también ha demostrado ser ineficaz en términos de esquemas de reproducción y almacenamiento en caché de los procesadores modernos.

En general, la capacidad de tratar las instrucciones como datos – esto es lo que hace que los ensambladores, compiladores, ensambladores, cargadores y otros instrumentos con los posibles objetos de programación automatizada. Por así decirlo, para escribir programas que escriben programas. En una escala menor, las operaciones recurrentes de entrada y salida intensas, como las manipulaciones BitBlt-primitiva imagen o píxel y vertex shaders en modernos gráficos en 3D, se han encontrado para ser ineficaces para funcionar sin el equipo de usuario.

El desarrollo de un concepto almacena en la memoria de programas

El matemático Alan Turing, que tenía un interés en el problema de la lógica matemática después de las conferencias de Max Newman en la Universidad de Cambridge, escribió un artículo en 1936, que fue publicado en la edición de la London Mathematical Society. En ella, se describe una máquina hipotética, al que llamó "máquina de computación universal", y que ahora se conoce como una máquina universal de Turing. Tenía almacenamiento infinita (en la terminología moderna – memoria), que contenía dos instrucciones y datos, que fue creado y la arquitectura. Von Neumann conoció a Turing en un momento en que era un profesor visitante en Cambridge en 1935, y en el curso de la defensa de su tesis doctoral en el Instituto de Turing para Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey) en 1936-1937.

Independientemente Ji Presper Eckert y Dzhon Mochli, quien desarrolló la Escuela ENIAC de Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Pensilvania, escribió sobre el concepto de la máquina, que almacena el programa en la memoria en diciembre de 1943. Cuando la planificación de una nueva máquina, el EDVAC, Eckert escribió en enero de 1944 que va a almacenar los datos y programas en el nuevo dispositivo de memoria direccionable usando retardo de mercurio metálico. Fue la primera vez que se han propuesto la construcción de una máquina práctica que almacena el programa en la memoria. Al mismo tiempo, él y Mauchly no estaban al tanto del trabajo de Turing (foto de abajo).

la arquitectura de computadores: principio de Von Neumann

Von Neumann participó en el "Proyecto Manhattan" en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, que requiere una gran cantidad de cálculos. Se le atrajo del proyecto en el verano de 1944 ENIAC. Allí se unió a las discusiones sobre el equipo de desarrollo EDVAC. Dentro de este grupo, escribió un artículo titulado "Un proyecto de primer informe sobre el EDVAC», basado en la obra de Eckert y Mauchly. Fue sin terminar cuando su colega Goldstein distribuye proyecto con von Neumann (por cierto, Eckert y Mauchly se sorprendieron esta noticia). Este documento ha sido leído por decenas de colegas von Neumann en América y Europa y tuvo un profundo impacto en la siguiente etapa de desarrollo informático.

Los principios básicos de la arquitectura von Neumann, tal como se establece en el "primer borrador", ganado gran popularidad, mientras que Turing se cubrió el informe sobre la calculadora electrónica, que ha sido descrito en detalle en la ingeniería y programación. Se ha dicho y presentación del coche del autor, que fue llamado el Computación automático del motor (ACE). Lo presentó al comité ejecutivo del Laboratorio Nacional de Física Británico en 1946. Después de un tiempo se produjeron incluso la implementación exitosa de los diversos diseños de la ECA.

iniciar proyectos

Y el proyecto de los documentos de von Neumann y Turing describe un ordenador que almacena en la memoria de un programa específico, pero el artículo Von Neumann logra mayor circulación en la sociedad, y la arquitectura de la computadora llegó a ser conocido como la arquitectura John von Neumann.

En 1945, el profesor Neumann, quien entonces trabajaba en la escuela de ingeniería en Filadelfia, donde por primera vez se construyó ENIAC, emitida en nombre de sus colegas informe sobre el diseño lógico de las computadoras digitales. El informe ofrece una propuesta bastante detallado para la construcción de la máquina, que desde entonces se conoce como el EDVAC. Había sólo recientemente se ha establecido en América, pero un informe ha inspirado la creación de los von Neumann EDSAC.

Maníacos y Joniacs

En 1947, Burks, Goldstein y von Neumann publicó otro informe que cubría la construcción de otro tipo de coche (esta vez en paralelo), que se supone que es extremadamente rápido, capaz, tal vez, para transportar hasta 20.000 operaciones por segundo. Tomaron nota de que el problema no resuelto en la construcción de la misma fue el desarrollo de una memoria adecuada, todos los contenidos de los cuales deben estar disponibles inmediatamente. En primer lugar, se propone utilizar un tubo de vacío especial, llamado el Selectron, que fue inventado en el laboratorio de Princeton. Tales tubos son caros, y los hacen muy difícil, especialmente si usted está usando esta arquitectura. Von Neumann posteriormente decidió construir un coche basado en la memoria de Williams. Esta máquina, que se completó en junio de 1952 en Princeton, se ha convertido en MANIACO ampliamente conocido (o simplemente Maniacs). Su diseño está inspirado por los creadores de la construcción de la media docena o más dispositivos similares, que en la actualidad se están construyendo en América y llamó Johniacs historietas.

principios sobre la creación

Una de las mayoría de las computadoras digitales modernas, que incorpora el desarrollo y la mejora en la técnica de la computación electrónica automática se ha demostrado en el Laboratorio Nacional de Física en Teddington, donde fue diseñado y construido por un pequeño grupo de matemáticos, ingenieros e ingenieros de investigación, con la asistencia de un número de ingenieros de producción de la eléctrica Inglés Company Ltd. El equipo se encuentra todavía en el laboratorio, pero sólo como un prototipo de una planta mucho más grande, que es conocida como la computación automático del motor. Pero, a pesar de la relativamente pequeña de peso y el contenido de sólo 800 válvulas termoiónicas, se trata de una máquina de contar extremadamente rápido y versátil.

Conceptos básicos y principios abstractos cálculo utilizando máquinas han sido formulados por el Dr. Turing sobre la base de la misma Sociedad Matemática de Londres en 1936, pero trabajar en este tipo de máquinas en el Reino Unido se ha retrasado por la guerra. En 1945, el examen de los problemas de la creación de este tipo de dispositivos continuó en el Laboratorio Nacional de Física Dr. Vormsli, Superintendente del Departamento de Laboratorio de Matemáticas. Se unió a la de Turing y su pequeño equipo de expertos, y para la planificación preliminar 1947 había avanzado lo suficiente como para justificar el establecimiento de un grupo especial.

Los primeros equipos de la arquitectura de von Neumann

El primer proyecto describe un esquema que ha sido utilizado por muchas universidades y empresas para construir sus propios ordenadores. Entre ellos, sólo ILLIAC ordvac y tiene conjuntos de instrucciones compatibles.

Clásica arquitectura de von Neumann fue incorporado en Manchester pequeña máquina experimental (SSEM), apodado bebé en la Universidad de Manchester, que hizo su primer lanzamiento con éxito del dispositivo que sostiene la memoria del programa 21 de junio 1948.

Universidad de Cambridge EDSAC, el primer ordenador electrónico práctica de este tipo, se lanzó con éxito la primera vez en mayo de 1949.

El desarrollo de los modelos creados

IBM SSEC tuvo la oportunidad de tener en cuenta las instrucciones como datos y se demostró públicamente 27 de de enero de 1948. Esta capacidad se afirma en la patente de los Estados Unidos. Sin embargo, fue la máquina parcialmente electromecánico, en lugar de un totalmente electrónico. En la práctica, las instrucciones se leen de cinta de papel debido a su memoria limitada.

Bebé fue la primera computadora totalmente electrónica para ejecutar los programas almacenados. Se programa la factorización corrió durante 52 minutos, 21 de Junio 1948 después de partida y un simple cálculo dividiendo el cálculo que muestra que los dos números son primos entre sí.

ENIAC fue modificado para funcionar como un ordenador primitiva de sólo lectura, pero en la misma arquitectura, y se ha demostrado el 16 de septiembre de 1948, y el lanzamiento del programa de Adele Goldstein organizado con la ayuda de von Neumann.

BINAC pasó varios programas de prueba en febrero, marzo y abril de 1949, aunque no se completó hasta septiembre de 1949. Además, las ejecuciones de prueba se llevaron a cabo (algunos exitosos) otros equipos electrónicos, que es característica de la arquitectura. Von Neumann, por cierto, y continuó trabajando en el proyecto "Manhattan". Eso es un hombre tan versátil.

Evolución de la arquitectura del sistema de bus

A través de las décadas, ya en los años 60 y 70, los ordenadores en general se han vuelto más pequeño y más rápido, lo que resulta en una evolución que ha sufrido la arquitectura del ordenador de von Neumann. Por ejemplo, la visualización de la memoria de entrada y de salida permite que los respectivos dispositivos, los datos y las instrucciones sobre cómo integrar en el sistema que será procesada, permanecen en la memoria. Un sistema de bus se puede utilizar para proporcionar un sistema modular con más pequeño. A veces se denomina la "racionalización" de la arquitectura. En las décadas siguientes, a veces simples microcontroladores no utilizan algunas de las características de un modelo típico con el fin de reducir el costo y el tamaño. Pero las grandes computadoras siguen la arquitectura establecida, ya que se han añadido características para mejorar el rendimiento.