Принципите на Джон фон Нойман

Унгарец по националност, син на банкер от Будапеща, Джон фон Нойман, вече на осемгодишна възраст усвоява основите на висшата математика и няколко чужди и класически езика. След като завършва университета в Будапеща през 1926 г., фон Нойман преподава в Германия, а през 1930 г. емигрира в Съединените щати и става член на Принстънския институт за напреднали изследвания.

През 1944 г. фон Нойман и икономистът О. Моргенщерн написват книгата "Теория на игрите и икономическо поведение". Тази книга съдържа не само математическата теория на игрите, но и нейните приложения в икономиката, военните и други науки. Джон фон Нойман беше назначен в групата за разработка на ENIAC като математически консултант, с когото групата се срещна.

През 1946 г., заедно с Г. Голдщайн и А. Беркс, той написа и публикува доклада „Предварително обсъждане на логическия дизайн на електронен компютър“. Тъй като името на фон Нойман като изключителен физик и математик вече беше добре известно в широки научни кръгове, всички твърдения, направени в доклада, бяха приписани на него. Освен това архитектурата на първите две поколения компютри с последователно изпълнение на команди в програмата беше наречена "компютърна архитектура на фон Нойман".

1. Принцип на програмираното управление

Този принцип осигурява автоматизацията на изчислителните процеси на компютъра.

2. Принцип на хомогенност на паметта

Липсата на фундаментална разлика между програмата и данните направи възможно самият компютър да формира програма за себе си в съответствие с резултата от изчисленията.

Програмите и данните се съхраняват в една и съща памет. Следователно компютърът не прави разлика какво се съхранява в дадена клетка от паметта - число, текст или команда. Можете да извършвате същите действия с команди, както и с данни. Товаотваря набор от възможности. Например, една програма може също да претърпи обработка по време на нейното изпълнение, което ви позволява да зададете правилата за получаване на някои от нейните части в самата програма (по този начин е организирано изпълнението на цикли и подпрограми в програмата). Освен това командите на една програма могат да бъдат получени като резултат от изпълнението на друга програма. Методите за превод се основават на този принцип - превод на програмен текст от език за програмиране на високо ниво на езика на определена машина.

В структурно отношение основната памет се състои от преномерирани клетки. Всяка клетка е достъпна за процесора по всяко време. Следователно е възможно да се дадат имена на области от паметта, така че стойностите, съхранени в тях, да могат по-късно да бъдат достъпни или променени по време на изпълнение на програми, използвайки присвоените имена.

Фон Нойман описва какъв трябва да бъде компютърът, за да бъде универсален и удобен инструмент за обработка на информация. Първо трябва да има следните устройства:

  • Аритметично логическо устройство, което извършва аритметични и логически операции
  • Контролно устройство, което организира процеса на изпълнение на програми
  • Памет за съхраняване на програми и данни
  • Външни устройства за въвеждане-извеждане на информация.
принципите

Компютрите, изградени на тези принципи, се класифицират като компютри на фон Нойман.

Към днешна дата това са по-голямата част от компютрите, включително IBM PC - съвместими. Но има компютърни системи с различна архитектура - например системи за паралелни изчисления.

Гръбначно-модулният принцип на изграждане на компютър

Компютърната архитектура се отнася до нейната логическаорганизация, структура, ресурси, т.е. средства на изчислителна система. Архитектурата на съвременните персонални компютри се основава на магистрално-модулен принцип.

принципите

Свързването на отделни компютърни модули към шината на физическо ниво се осъществява с помощта на контролери, а на софтуерно ниво се осигурява от драйвери. Контролерът получава сигнал от процесора и го дешифрира, така че съответното устройство да може да получи този сигнал и да отговори на него. Процесорът не отговаря за реакцията на устройството - това е функция на контролера. Следователно външните компютърни устройства са сменяеми, а наборът от такива модули е произволен.

Ширината на битовете на шината за данни се задава от ширината на битовете на процесора, т.е. броят битове, които процесорът обработва в един тактов цикъл.

Данните по шината за данни могат да се прехвърлят както от процесора към всяко устройство, така и в обратна посока, т.е. шината за данни е двупосочна. Основните режими на работа на процесора, използващ шината за пренос на данни, включват следното: запис / четене на данни от RAM и от външни устройства за съхранение, четене на данни от входни устройства, прехвърляне на данни към изходни устройства.

Контролната шина предава сигнали, които определят характера на обмена на информация, и сигнали, които синхронизират взаимодействието на устройствата, участващи в обмена на информация.

принципите

Външните устройства се свързват към шините чрез интерфейс. Под интерфейс се разбира набор от различни характеристики на периферно устройство на компютър, които определят организацията на обмена на информация между него и централния процесор. В случай на несъвместимост на интерфейса (например интерфейса на системната шина и интерфейса на твърдия диск) се използват контролери.

За да се гарантира, че устройствата, които са част от компютърамогат да взаимодействат с централния процесор, IBM-съвместимите компютри имат система от прекъсвания (Interrupts). Системата за прекъсване позволява на компютъра да постави на пауза текущата дейност и да превключи към други в отговор на входяща заявка, като например натискане на клавиш на клавиатурата. Наистина, от една страна е желателно компютърът да е зает с възложената му работа, а от друга е необходима незабавната му реакция на всяка заявка, изискваща внимание. Прекъсванията осигуряват незабавен отговор на системата.

Напредъкът на компютърните технологии върви със скокове и граници. Всяка година се появяват нови процесори, платки, устройства и други периферни устройства. Нарастването на потенциала на компютъра и появата на нови, по-мощни компоненти неизбежно ви кара да искате да надстроите компютъра си. Човек обаче не може напълно да оцени новите постижения в компютърните технологии, без да ги сравни със съществуващите стандарти.

Разработването на нови неща в областта на компютъра винаги се основава на стари стандарти и принципи. Следователно познаването им е основен фактор за (или против) избора на нова система.

Компютърът включва следните компоненти:

  • централен процесор (CPU);
  • памет с произволен достъп (памет);
  • устройства за съхранение;
  • входни устройства;
  • изходни устройства;
  • комуникационни устройства.