10114

Принципы фон Неймана

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Принципы фон Неймана Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г. когда ее конструкция была уже выбрана. В процессе работы во время многоч

Русский

2013-03-21

91.76 KB

77 чел.

Принципы фон Неймана

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г., когда ее конструкция была уже выбрана. В процессе работы во время многочисленных дискуссий со своими коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. В 1946 г. ученые изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье “Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства”. С тех пор прошло полвека, но выдвинутые в ней положения сохраняют актуальность и сегодня.

В статье убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел (нелишне напомнить, что ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде). Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации – текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.

Еще одной поистине революционной идеей, значение которой трудно переоценить, является предложенный Нейманом принцип “хранимой программы”. Первоначально программа задавалась путем установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма трудоемким занятием: например, для изменения программы машины ENIAC требовалось несколько дней (в то время как собственно расчет не мог продолжаться более нескольких минут – выходили из строя лампы). Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рис. 1. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.

Рис. 1. Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные – управляющих сигналов от процессора к остальными узлам ЭВМ

Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера). Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров “многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ. но с существенно более медленным доступом (и значительно меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации). На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти. из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.

Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название “фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).

По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45196. Определение стоимости проектных работ 19.42 KB
  Определение стоимости проектных работ Расчет на основании Справочника базовых цен на проектные работы для строительства на территории Самарской области 2я редакция Спр=Срасчед Уарх К1арх.КnобщSобщ 100 где Срасч ед стоимость строительства единицы мощности площади объёма объектов различного функционального назначения из журнала укрупнённых показателей стоимости строительства Уарх Уконстр. удельный показатель стоимости отдельных разделов проектаПриложение 2 таблица 3 и повышающих коэффициентов к ним табл. учитывающий...
45197. Определение затрат на проведение строительного контроля 15.51 KB
  Установить что в отношении объектов капитального строительства финансируемых полностью или частично с привлечением средств федерального бюджета: а если подготовка проектной документации завершена до вступления в силу настоящего Постановления заказчик проектной документации вправе направить ее на государственную экспертизу без проведения дополнительных работ связанных с осуществлением расчета размера затрат на проведение строительного контроля; б отсутствие расчета размера затрат на проведение строительного контроля в проектной...
45198. Размер платы за проведение государственной экспертизы 30 KB
  Размер платы за проведение государственной экспертизы результатов инженерных изысканий выполняемых для строительства реконструкции капитального ремонта жилых объектов капитального строительства РПиж определяется по формуле: РПиж = БСиж x Kiгде: БСиж базовая стоимость государственной экспертизы результатов инженерных изысканий Ki коэффициент отражающий инфляционные процессы по сравнению с 1 января 2001 г. Базовая стоимость государственной экспертизы результатов инженерных изысканий выполняемых для строительства реконструкции...
45199. Порядок определения размера арендной платы, условий и сроков ее внесения за использование земельных участков, предоставляемых для строительства 30.5 KB
  Размер арендной платы за один квадратный метр земельного участка в год рассчитывается по формуле: А = Скад х Ки х Ка х Кс х Кв х Кпр где: Скад среднее значение удельного показателя кадастровой стоимости земель в городском округе Самара; Ки коэффициент инфляции рассчитываемый как произведение индексов-дефляторов инвестиций предусмотренных в рамках прогноза социально-экономического развития Самарской области Ка коэффициент категории арендатора определяемый в соответствии с приложением № 1 к настоящему Порядку; Кс коэффициент сроков...
45200. Определение и структура сметной стоимости строительства, строительно-монтажных работ и себестоимости строительно- монтажных работ (формулы Сстр, Ссмр, Сс, НР, СП) 25.5 KB
  Сметная стоимость строительно-монтажных работ Собор сметная цена оборудования Спр стоимость прочих затрат Сметная стоимость строительно-монтажных работ: Ссмр = Сс СП где: Сс сметная себестоимость строительно-монтажных работ СП сметная прибыль средства необходимые для покрытия отдельных расходов подрядных организаций на развитие производства соц.2001 ФОТ = От оплата труда рабочих Отм оплата труда машинистов Сметная себестоимость -работ: Сс = ПЗ НР где: ПЗ...
45201. Определение и структура прямых затрат 14.53 KB
  Стоимость материальных ресурсов франко-приобъектного склада отпускная цена транспортные расходы Оплата труда рабочих согласно ежемесячной статистике Учреждения статистики Стоимость эксплуатации машин: Эм = А Р Б Отм Э С Г П где: А амортизационные отчисления на полное восстановление Р затраты на ремонт и технич.оборудование Б затраты на замену быстроизнашивающихся частей Отм оплата труда машинистов Э затраты на...
45202. Накладные расходы. Определение, виды, база начисления, назвать основные статьи НР 14.12 KB
  Определение Для определения норм накладных расходов в локальных сметных расчетах используются методические указания по определению величины НР в строительстве МДС 81332004 и письма мин. МДС 81332004 МДС 81332004 и ремонтно-строительных работ прил. МДС 81332004
45203. Описание архитектуры производственного предприятия в системе ПитерСофт: Управление процессами 1.3 MB
  Что же собой представляет архитектура предприятия? В самом общем виде под архитектурой предприятия (ЕА - Enterprise Architecture) понимается всестороннее и исчерпывающее описание (модель) всех его ключевых элементов и межэлементных отношений.