Фон Нейман

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Архитектура и принципы Джона фон Неймана

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Архитектура фон Неймана Архитектура фон Неймана  — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти. Схематичное изображение машины фон Неймана

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Принципы фон Неймана Принцип двоичного кодирования   Принцип адресности   Принцип программного управления Принцип однородности памяти Вывод

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Принцип двоичного кодирования   Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Принцип однородности памяти   Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования, т.е. одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Принцип адресности Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Принцип программного управления   Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Вывод Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой . Компьютеры , построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Как работает машина фон Неймана Машина фон Неймана состоит из запоминающего устройства (памяти) - ЗУ, арифметико-логического устройства - АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода. Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда должна быть командой завершения работы. Команда состоит из указания, какую операцию следует выполнить (из возможных операций на данном «железе») и адресов ячеек памяти, где хранятся данные, над которыми следует выполнить указанную операцию, а также адреса ячейки, куда следует записать результат (если его требуется сохранить в ЗУ). Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными. Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку. УУ управляет всеми частями компьютера. От управляющего устройства на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии. Управляющее устройство содержит специальный регистр (ячейку), который называется «счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство — «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера. В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, следовательно, указывает на следующую команду программы. Когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана :

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана По плану, первым компьютером, построенным по архитектуре фон Неймана, должен был стать EDVAC , однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, ознакомившись с ЭНИАКом и проектом EDVAC, сумели решить эти проблемы гораздо раньше. Первыми компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были: (см. список слева) В СССР первой полностью электронной вычислительной машиной, близкой к принципам фон Неймана, стала МЭСМ , построенная Лебедевым (на базе киевского Института электротехники АН УССР), прошедшая государственные приемочные испытания в декабре 1951 года. прототип  — Манчестерская малая экспериментальная машина  — Манчестерский университет, Великобритания, 21 июня 1948 года ; EDSAC  — Кембриджский университет, Великобритания, 6 мая 1949 года ; Манчестерский Марк I  — Манчестерский университет, Великобритания, 1949 год; BINAC  — США, апрель или август 1949 года; CSIR Mk 1  — Австралия, ноябрь 1949 года; EDVAC  — США, август 1949 года — фактически запущен в 1952 году; CSIRAC — Австралия, ноябрь 1949 года; SEAC — США, 9 мая 1950 года; ORDVAC — США, ноябрь 1951 года; IAS-машина — США, 10 июня 1952 года; MANIAC I — США, март 1952 года; AVIDAC — США, 28 января 1953 года; ORACLE — США, конец 1953 года; WEIZAC — Израиль, 1955 год; SILLIAC — Австралия, 4 июля 1956 года.

authorStream Live Help