Работа Джона фон Неймана

Джон фон Нейман

Джон фон Нейман родился в Будапеште 28 декабря 1903 года в богатой банковской семье, которая была возведена в венгерское дворянство. С раннего возраста он проявлял большой интеллект и был назван вундеркиндом. К 6 годам фон Нейман мог говорить на древнегреческом языке и мысленно делить пары восьмизначных чисел, а к 8 годам он выучил дифференциальное и интегральное исчисление. Когда фон Нейману было 15 лет, его отец устроил Габора Сегу личным репетитором по математике. На первом уроке знаменитый математик Сегу прослезился, увидев скорость и способности юного фон Неймана. Помимо этих невероятных подвигов, фон Нейман обладал фотографической памятью и мог дословно пересказывать целые романы.

Фон Нейман получил двухлетний сертификат по химии в Берлинском университете и докторскую степень по математике в Университете Пазмани Петер. После получения докторской степени фон Нейман отправился в Геттингенский университет, чтобы учиться у Давида Гильберта, одного из выдающихся математиков, чья работа помогла разработать компьютер. После этого фон Нейман отправился в Принстонский университет, чтобы получить пожизненное назначение в Институт перспективных исследований. Его офис находился в нескольких дверях от офиса Альберта Эйнштейна, и Эйнштейн жаловался, что фон Нейман слишком громко играет немецкую мартовскую музыку на своем офисном фонографе.

Находясь в Принстоне, фон Нейман был привлечен к работе над Манхэттенским проектом. Он много раз ездил в Лос-Аламосскую лабораторию, чтобы наблюдать за разработкой атомного оружия, и он сыграл решающую роль на многих этапах проектирования и строительства двух ядерных боеприпасов, сброшенных на Японию. Он был очевидцем первого испытания атомной бомбы 16 июля 1945 года и входил в комитет, которому было поручено решить, какие два японских города станут целью взрыва бомбы. Благодаря своему участию в Манхэттенском проекте фон Нейман стал, пожалуй, самым большим источником вдохновения для персонажа доктора Стрейнджлав в одноименном фильме Стэнли Кубрика.

Доктор Стрейнджлав

Примерно в то время, когда он работал над атомной бомбой, фон Нейман начал работать над идеями, которые лягут в основу информатики. Фон Нейман встретился с Аланом Тьюрингом несколько лет назад, и согласно сообщениям, на фон Неймана повлияла статья Тьюринга «О вычислимых числах». Конечно, благодаря своей предыдущей работе с Гильбертом фон Нейман имел прекрасную возможность признать значение работы Тьюринга.

В 1945 году, когда он находился на завершающей стадии своей работы над Манхэттенским проектом, фон Нейман сказал друзьям и коллегам, что думает о еще более важной работе. На поезде до Лос-Аламоса фон Нейман написал документ под названием «Первый проект отчета о EDVAC». Этот 101-страничный документ содержит проект архитектуры фон Неймана, которая с момента своего появления оставалась доминирующей парадигмой в компьютерной архитектуре. Архитектура фон Неймана обычно ассоциируется с концепцией компьютера с хранимой программой, но она также включает в себя разработанный дизайн из 4 частей, который отличается от других концепций хранимых программ.

Самое главное, архитектура фон Неймана — это компьютер с хранимой программой. Компьютеры с сохраненными программами используют один блок памяти для хранения компьютерных программ и данных, которые компьютерные программы принимают в качестве входных данных. Дизайн хранимой программы обычно контрастирует с архитектурой Гарварда, которая использует отдельные блоки памяти для хранения компьютерной программы и данных программы.

Идея архитектуры хранимых программ была неявно предложена Тьюрингом в работе над универсальными машинами Тьюринга, поскольку эти машины являются теоретическими версиями компьютеров с хранимыми программами. Однако фон Нейман осознал ценность явной разработки этого свойства в компьютерах. Альтернативные методы программирования компьютеров требовали ручной разводки или перепрограммирования компьютерных схем — процесс, который был настолько трудоемким, что компьютеры часто создавались для одной функции и никогда не перепрограммировались. Благодаря новому дизайну компьютеры стали легко перепрограммируемыми и могли реализовывать множество различных программ; однако необходимо было включить контроль доступа, чтобы определенные типы программ, например вирусы, не могли перепрограммировать такое важное программное обеспечение, как операционная система.

Наиболее известное конструктивное ограничение архитектуры фон Неймана называется «узким местом фон Неймана». Узкое место фон Неймана вызвано архитектурой хранимых программ, поскольку данные и программа используют одну и ту же шину с центральным процессором. Передача информации из памяти в ЦП обычно намного медленнее, чем фактическая обработка в ЦП. фон Неймана увеличивает объем необходимой передачи информации, потому что и компьютерная программа, и данные программы должны быть переданы в ЦП. Одним из лучших методов решения этой проблемы было использование кеша ЦП. Кэш ЦП служат посредниками между основной памятью и ЦП. кэш ЦП предоставляют небольшие объемы памяти с быстрым доступом рядом с ядром процессора.

Архитектура фон Неймана состоит из четырех частей: блока управления, блока обработки (включая арифметико-логический блок (АЛУ)), блока памяти и механизмов ввода/вывода. Механизмы ввода / вывода включают стандартные устройства, связанные с компьютерами, включая клавиатуры в качестве входов и экраны дисплея в качестве выходов. Механизмы ввода записывают данные в блок памяти, в котором хранятся компьютерные программы и программные данные. Блок управления и блок обработки составляют центральный процессор. Блок управления управляет центральной обработкой в ​​соответствии с полученными инструкциями. Блок обработки содержит АЛУ, которое выполняет основные арифметические или побитовые операции над строкой битов. ALU может выполнять множество различных функций; следовательно.

Архитектура фон Неймана

После своего появления архитектура фон Неймана стала стандартной компьютерной архитектурой, а гарвардская архитектура была отнесена к микроконтроллерам и обработке сигналов. Архитектура фон Неймана все еще используется сегодня, но более новые и более сложные конструкции, вдохновленные архитектурой фон Неймана, затмили оригинальную архитектуру с точки зрения популярности.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Загрузка...