Принципы фон Неймана

ВВЕДЕНИЕ 3

ПРИНЦИПЫ ФОН НЕЙМАНА 6

Принцип однородности памяти 6

Принцип адресности 6

Принцип программного управления 6

Принцип двоичного кодирования 7

КАК РАБОТАЕТ МАШИНА ФОН НЕЙМАНА 8

УЗКОЕ МЕСТО АРХИТЕКТУРЫ ФОН НЕЙМАНА 10

КОМПЬЮТЕРЫ, ПОСТРОЕННЫЕ НА ПРИНЦИПАХ ФОН НЕЙМАНА 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 14

В конце 40-х годов прошлого века во многих научных центрах велись разработки электронных вычислительных машин. Можно отметить построенную в 1945 году по заказу Лаборатории баллистических исследований Армии США сотрудниками Пенсильванского университета Джоном Экертом и Джоном Уильямом Мокли первую ламповую ЭВМ ENIAC для расчётов таблиц стрельбы. Это был первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач.

Работа над ENIAC была в самом разгаре, когда Герман Голдстейн (куратор проекта со стороны Армии США) встретился с американцем венгерского происхождения Джоном фон Нейманом, который был консультантом американской секретной программы по созданию атомной бомбы и занимался вопросом о том, как повысить счетные мощности для решения необходимых дифференциальных уравнений. В результате этой встречи Нейман, известный достижениями от разработки теории игр до вклада в создание ядерного оружия, начинает сотрудничать с рабочей группой ENIAC. Они вместе разрабатывают проект новой вычислительной машины, которая, во-первых, работает исключительно на электронных схемах, а во-вторых, программа вводится в нее не на бумажной ленте, а с помощью перфокарты, которая затем кодируется в виде пригодных для обработки символов и сохраняется в централизованной памяти. Даже сами изобретатели не сразу осознали ценность этого принципа, который не только позволяет вносить в программу изменения - эти изменения может вносить само вычислительное устройство.

В процессе работы над ENIAC в Институте Мура (англ. Moore School of Electrical Engineering) в Пенсильванском Университете во время многочисленных дискуссий со своими коллегами Джоном Уильямом Мокли, Джоном Экертом , Германом Голдстайном и Артуром Бёрксом, возникла идея более совершенной машины под названием EDVAC. Исследовательская работа над EDVAC продолжалась параллельно с конструированием ENIAC.

В марте 1945 года принципы логической архитектуры были оформлены в документе, который назывался «Первый проект отчёта о EDVAC» (в иных источниках указывается как «Предварительный доклад о машине EDVAC») - отчет для Баллистической Лаборатории Армии США, на чьи деньги осуществлялась постройка ENIAC и разработка EDVAC, в котором детально изложил логическую организацию и общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. Отчет, поскольку он являлся всего лишь наброском, не предназначался для публикации, а только для распространения внутри группы, однако Голдстайн размножил эту научную работу и разослал её широкому кругу ученых для ознакомления. Так как на первой странице документа стояло только имя фон Неймана, у читавших документ сложилось ложное впечатление, что автором всех идей, изложенных в работе, является именно он. Документ давал достаточно информации для того, чтобы читавшие его могли построить свои компьютеры, подобные EDVAС на тех же принципах и с той же архитектурой, которая в результате стала называться «архитектурой фон Неймана», а основополагающие свойства архитектуры машины фон Неймана будут сформулированы в виде «принципов фон Неймана». Эти принципы многие годы определяли основные черты архитектуры нескольких поколений ЭВМ.

После завершения Второй Мировой войны и окончания работ над ENIAC 1946 года команда инженеров и ученых распалась, Джон Мокли , Джон Экерт решили обратиться в бизнес и создавать компьютеры на коммерческой основе. Фон Нейман, Голдстайн и Бёркс перешли в Институт перспективных исследований, где решили создать свой компьютер «IAS-машина», подобный EDVAC, и использовать его для научно-исследовательской работы. В июне 1946 года они изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства». В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ, а ведь ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые данные в десятичном виде, выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Авторы продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».

Джон фон Нейман внес огромный вклад в развитие первых ЭВМ и разработку методов их применения. Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название «фон-неймановской архитектуры». Принципы этой архитектуры широко используются и сегодня. 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).

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).

У современных компьютеров запоминающее устройство, хранящее информацию и программы, «многоярусно». Оно включает в себя 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. 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.

Источники на русском языке

4. Илюшечкин В.М. Основы использования и проектирования баз данных. – М.:Юрайт, 2011. – 224 с.

5. Кириллов В.В., Громов Г.Ю. Введение в реляционные базы данных. - Спб.: БХВ-Петербург, 2009. – 464 с.

6. Хомоненко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных. - М.: Корона-век, 2010. – 736 с.

7. Чудинов И.Л., Осипова В.В. Базы данных: Учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 144 с.

8. Основы теории коммуникации: учебник / М.А. Василик, М.С. Вершинин, В.А. Павлов [и др.] / под ред. проф. М.А. Василика. – М.: Гардарики, 2006. – 615 с.

9. Антонова Н.А. Стратегии и тактики педагогического дискурса // Проблемы речевой коммуникации: межвуз. сб. науч. тр. / под ред. М.А.Кормилицыной, О.Б. Сиротининой. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. – Вып. 7. – С. 230-236.

Источники на иностранных языках

10. Conger S. Hands-on Database: An Introduction to Database Design and Development. - Pearsоn Education, Prеntісе Hаll, 2012, 214 p.

11. Coronel C., Morris S., Rob P. Database Systems: Design, Implementation, and Management. - Course Technology, 2013. - 1054 p.

12. Date C.J. Database Design and Relational Theory. - O’Reilly Media – 2012, P. 135-136.

13. Yogish Sachdeva. Beginning Data Structures Using C. – New York: CreateSpace, 2011. – 522 с.

14. Cormen Thomas H. Introduction to Algorithms. – Cambridge: M.I.T. Press, 2009. – 1312 c.

15. Nell Dale. C++ Plus Data Structures. – Sudbury: Jones & Bartlett Learning, 2011. – 816 p.

Электронные ресурсы

17. Динамические структуры данных: списки. // Comp-science. [Электронный ресурс]. URL: http://comp-science.narod.ru/Progr/Dynamic.htm (дата обращения: 19.09.2013).

18. Adaptive Work Stealing with Parallelism Feedback. // CiteSeer. [Электронный ресурс]. URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.129.5817 (дата обращения: 19.09.2013).

19. Пахомова А.В. «Программирование на языке Turbo Pascal» Методическое пособие 2006 [Электронный ресурс] - URL: http://tp7.info/metod_uk2.php (дата обращения: 19.09.2013)

20. Учебник Turbo Pascal - 2006 [Электронный ресурс] - URL: http://khpi-iip.mipk.kharkiv.edu/library/datastr/book_sod/guap/index1.htm (дата обращения: 19.09.2013)