Как следует из названия, термин «Архитектура фон Неймана» был создан Джоном фон Нейманом. Фон Нейман был ученым-компьютерщиком, сбежавшим от нацистского режима в Европе. Фон Нейман работал с различными учеными-компьютерщиками и впервые встретил Алана Тьюринга в середине 1930-х годов, во время которого он познакомился с идеями Тьюринга об изобретении компьютера, который можно было бы использовать для хранения данных. Как отмечается в биографии фон Неймана, это взаимодействие вдохновило архитектуру. После работы над множеством проектов, в том числе над Манхэттенским проектом, фон Нейман впервые столкнулся с ENIAC. ENIAC был одним из первых в мире программируемых компьютеров, способных выполнять множество задач. Он также был полностью программируемым, а это означало, что в отличие от более распространенных компьютеров того времени он мог выполнять несколько задач. Работая в Инженерной школе Мура в Филадельфии, фон Нейман впервые написал отчет о предлагаемом цифровом дизайне компьютеров. В этом отчете фон Нейман изложит первую модель этих компьютеров. Эта модель предполагает, как должны работать компьютеры, чтобы их можно было программировать и перепрограммировать. Эта архитектура также известна как Принстонская архитектура из-за связи фон Неймана с Принстоном.
Ключевые моменты:
Первоначально «Архитектура фон Неймана» относилась к конкретной предлагаемой архитектуре компьютера, сформулированной Джоном фон Нейманом в 1945 году. Архитектура фон Неймана стала обозначать компьютеры, где операции с данными и процессы выборки инструментов могут выполняться одновременно. Архитектура фон Неймана сделала компьютеры менее дорогими (одно и то же оборудование можно было использовать для нескольких задач, поэтому требовалось меньше деталей), а также намного быстрее и эффективнее.
1. Устройство ввода
Устройство ввода — это буквально устройство, которое используется для ввода команд, данных или инструкций в компьютер. Клавиатура является наиболее распространенным примером, но она также может включать в себя мышь, трекбол, микрофон, камеру и т. д.
2. Центральное процессорное устройство
Центральный процессор, или ЦП, состоял из трех компонентов: блока управления, арифметико-логического блока и регистров. Затем процессор будет взаимодействовать с блоком памяти.
3. Устройство управления
Блок управления работает, как следует из его названия, управляя логическими блоками и предоставляя инструкции, с помощью которых эти логические блоки будут реагировать на инструкции программы. Также будут даны инструкции о том, как должны взаимодействовать другие компоненты.
4. Арифметико-логическое устройство
Это подразделение конкретно отвечало за арифметические и логические команды, контролируя работу этих операций.
5. Регистры
Регистры позволяли сохранять данные до их обработки. Существовало пять типов регистров, в которых хранились данные: регистр адреса памяти, аккумулятор, регистр данных памяти, счетчик программ и регистр текущих инструкций. В этих разных регистрах будут храниться разные типы данных.
6. Блок памяти
Доступ к модулю памяти возможен со стороны ЦП. Данные можно загружать в блок памяти и из него, что обеспечивает удобство хранения и доступа.
7. Устройство вывода
Устройства вывода — это устройства, которые в конечном итоге используются после завершения компьютерной программы. Мониторы и принтеры являются наиболее распространенными примерами, но динамики также могут быть устройствами вывода.
*************************************************
Каковы применения архитектуры фон Неймана?
Проще говоря, архитектура фон Неймана по-прежнему актуальна для компьютеров сегодня. Это происходит по многим причинам. Во-первых, это делает компьютеры менее дорогими, поскольку одно и то же оборудование можно использовать для выполнения нескольких задач, что требует меньшего количества деталей. Это также делает компьютеры значительно быстрее и эффективнее. Конечно, дизайн этой архитектуры значительно изменился с тех пор, как фон Нейман впервые разработал ее. Примеры этой эволюции включают более быстрые и меньшие по размеру детали и комбинированные шины для ввода и вывода. Все эти инновации сделали компьютеры более быстрыми и более гибкими.
Что подразумевается под архитектурой фон Неймана?
Архитектура фон Неймана создала модель, по которой работают современные компьютеры. и помогла подготовить почву для первых программируемых компьютеров. Она состояла из нескольких компонентов, которые при совместной работе могли хранить данные инструкций и данные программы в одной памяти. В результате компьютеры могут работать быстрее и гораздо эффективнее.
Архитектура фон Неймана имеет много важных характеристик. Одним из таких примеров является SISD, что означает «Одна инструкция, одни данные». В SISD используются отдельные процессы. В частности, один процессор выполнил одну кодовую инструкцию, и это делается для работы с данными, хранящимися в одной памяти. Эволюция SISD сделала компьютеры гораздо более эффективными и программируемыми, поскольку они позволяли компьютерам выполнять несколько задач одновременно, устраняя тем самым узкие места в памяти и данных.
Каковы основные особенности архитектуры фон Неймана ?
Основная особенность заключается в том, что компьютеры по существу работают по блок-схеме. Во-первых, устройство ввода используется для ввода определенных данных или команд. Этот ввод может быть разным, но чаще всего это ввод с клавиатуры. Затем этот ввод обрабатывается центральным процессором, который состоит из блока управления, логического блока и любого количества регистровых блоков. Эта информация хранится в блоке памяти. Когда в компьютер вводятся правильные входные данные, запускается программа, и результаты этой программы затем можно просмотреть на устройстве вывода. Этим устройством вывода чаще всего является компьютерный монитор или принтер.
Что такое архитектура фон Неймана и почему она важна?
Архитектура фон Неймана на самом деле представляет собой блок-схему, которая помогла создать процессы и характеристики современных компьютеров. Это важно, потому что она напрямую вдохновила разработку будущих компьютеров. Раньше компьютеры приходилось физически разбирать и перепрограммировать, прежде чем они могли функционировать несколькими способами. Благодаря процессам, заложенным в архитектуре фон Неймана, компьютеры можно было запрограммировать на выполнение определенных задач, и эта программа могла храниться в блоке памяти компьютера. Более того, в дальнейшем компьютеры можно будет перепрограммировать для выполнения других задач.