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Arquitectura de Von Neumann
arquitectura de von Neumann es a computadora modelo del diseño que utiliza a unidad de proceso y un solo se separa almacenaje estructura para celebrar ambas instrucciones y datos. Se nombra después matemático y temprano informático Juan von Neumann quién sabía Alan Turing la idea hipotética seminal de una “máquina que computaba universal”, eso había sido publicada en 1936.[1] Tal computadora pone a en ejecución máquina universal de Turing, y el “modelo de referencia común” de especificar arquitecturas secuenciales, al contrario de arquitecturas paralelas. A computadora stored-program está generalmente una computadora con este diseño, aunque como las computadoras modernas están generalmente de este tipo, el término ha caído en disuse.
Contenido |
Historia
Las máquinas que computaban más tempranas habían fijado programas. Algunas computadoras muy simples todavía utilizan este diseño, para los propósitos de la simplicidad o del entrenamiento. Por ejemplo, un escritorio calculadora (en principio) es una computadora de programa fijo. Puede hacer básico matemáticas, solamente no puede ser utilizado como a procesador de textos o para funcionar juegos video. Para cambiar el programa de tal máquina, usted tiene que re-wire, reestructura, o aún reajuste la máquina. De hecho, las computadoras más tempranas tanto “no fueron programadas” mientras que “fueron diseñadas”. “Reprogramando”, cuando era posible en todos, era un proceso laborioso, comenzando con los organigramas y las notas de papel, seguidos por los diseños de ingeniería detallados, y entonces el proceso a menudo-arduo físicamente de re-wiring y de reconstruir la máquina.
La idea de la computadora stored-program cambió todo el eso. Creando arquitectura del sistema de instrucción y el detallar cómputo como serie de instrucciones ( programa), la máquina llega a ser mucho más flexible. Tratando esas instrucciones de la misma forma que los datos, una máquina stored-program pueden cambiar fácilmente el programa, y puede hacer tan bajo control de programa.
Los términos “arquitectura de von Neumann” y “computadora stored-program” se utilizan generalmente alternativamente, y ese uso se sigue en este artículo. Sin embargo, Arquitectura de Harvard el concepto se debe también mencionar, como diseño que almacene el programa en una forma modificable, pero sin usar el mismo almacenaje o formato físico que para los datos generales.
Un diseño stored-program también deja programas modificarse mientras que funciona, permitiendo con eficacia que la computadora se programe. Una motivación temprana para tal facilidad era la necesidad de un programa de incrementar o de modificar de otra manera la porción de dirección de las instrucciones, que tuvieron que ser hechas manualmente en diseños tempranos. Esto llegó a ser menos importante cuando registros de índice y dirección indirecta se convirtieron las características acostumbradas de la arquitectura de la máquina. el código de Uno mismo-modificación ha caído en gran parte de favor, puesto que es muy duro entender y elimine errores, así como la can#ería del procesador y esquemas modernos inferiores ineficaces el depositar.
En una escala grande, la capacidad de tratar instrucciones como datos está qué hace ensambladores, recopiladores y otro automatizó las herramientas de programación posibles. Una poder “escribe los programas que escriben programas”.[2] En una escala más pequeña, instrucciones de máquina de I/O-intensive tales como BITBLT el primitivo usado para modificar imágenes en una exhibición a memoria de imagen, fue pensado una vez para ser imposible poner en ejecución sin hardware de encargo. Fue demostrado más adelante que estas instrucciones se podrían poner en ejecución eficientemente por tecnología de la “compilación en marcha”, e.g. código-generando los programas - una forma de código de uno mismo-modificación que ha seguido habiendo popular.
Hay desventajas al diseño de von Neumann. Aparte de embotellamiento de von Neumann descritas más abajo, las modificaciones del programa pueden ser absolutamente dañosas, por accidente o diseño. En algunos diseños stored-program simples de la computadora, un programa que funciona incorrectamente puede dañarse, otros programas, o sistema operativo, posiblemente conduciendo a a desplome. Esta capacidad para que los programas creen y modifiquen otros programas también se explota con frecuencia cerca malware. A desbordamiento del almacenador intermediario es un ejemplo muy común de tal malfuncionamiento. Malware pudo utilizar un desbordamiento del almacenador intermediario para romper pila de llamadas, sobreescriba el programa existente, y después proceda a modificar el otro programa archivos en el sistema para propagar más lejos el malware a otras máquinas. Protección de la memoria y otras formas de control de acceso puede ayudar a proteger contra la modificación accidental y malévola del programa.
Primeros diseños
El término “arquitectura de von Neumann” se presentó de matemático Juan von Neumann'papel de s, Primer bosquejo de un informe sobre el EDVAC.[3] Anticuado 30 de junio, 1945, era una cuenta temprano escrita de una máquina que computaba stored-program de fines generales ( EDVAC). Sin embargo, mientras que el trabajo de von Neumann iniciaba, el término arquitectura de von Neumann hace algo de una injusticia a los colaboradores, a los contemporáneos, y a los precursores de von Neumann.
Un uso de patente de Konrad Zuse mencionó este concepto en 1936.
La idea de una computadora stored-program existió en Escuela de Moore de la ingeniería eléctrica en Universidad de Pennsylvania antes de von Neumann incluso sabía de la existencia del ENIAC. La persona exacta que originó la idea allí es desconocida.
Herman Lukoff créditos Eckert (véase Referencias).
Juan Guillermo Mauchly y J. Presper Eckert escribió sobre el concepto stored-program en diciembre de 1943 durante su trabajo encendido ENIAC. Además, ENIAC proyecte el informe sobre la marcha de los trabajos del diciembre de 1943 de Brainerd del grano para moler del administrador para el primer período del ENIACel 'desarrollo de s propuso implícito el concepto almacenado del programa (mientras que simultáneamente rechaza su puesta en práctica en ENIAC) indicando que “para tener el proyecto más simple y no complicar las materias” ENIAC sea construido sin ninguna “regulación automática.”
Cuando ENIAC era diseñado, estaba claro que no sería la lectura de instrucciones de tarjetas perforadas o de la cinta de papel rápidamente bastante, puesto que el ENIAC fue diseñado para ejecutar instrucciones en una tarifa mucho más alta. El programa Del ENIAC fue atado con alambre así en el diseño, y tuvo que rewired para cada nuevo problema. Estaba claro que un sistema mejor era necesario. El informe inicial sobre propuesto EDVAC fue escrito durante el tiempo que el ENIAC era construido, y contenido la idea del programa almacenado, donde las instrucciones fueron almacenadas en memoria de alta velocidad, así que podrían ser alcanzadas rápidamente para la ejecución.
Alan Turing presentó un papel el 19 de febrero de 1946, que incluyó un diseño completo para una computadora stored-program, AS experimental.
Embotellamiento de Von Neumann
La separación entre la CPU y la memoria conduce a embotellamiento de von Neumann, el limitado rendimiento de procesamiento (tarifa de transferencia de datos) entre la CPU y la memoria comparó a la cantidad de memoria. En máquinas modernas, el rendimiento de procesamiento es mucho más pequeño que la tarifa en la cual la CPU puede trabajar. Esto limita seriamente la velocidad de proceso eficaz cuando la CPU se requiere para realizar el proceso mínimo en cantidades grandes de datos. La CPU está continuamente forzado para esperar para los datos vitales que se transferirán a o desde memoria. Mientras que la velocidad de la CPU y el tamaño de la memoria han aumentado mucho más rápidamente que el rendimiento de procesamiento entre ellos, el embotellamiento se ha convertido en más de un problema.
El término “embotellamiento de von Neumann” fue acuñado cerca Juan Backus en sus 1977 ACM Concesión de Turing conferencia. Según Backus:
Seguramente debe haber una manera menos primitiva de realizar cambios grandes en el almacén que empujando números extensos de palabras hacia adelante y hacia atrás a través del embotellamiento de von Neumann. No sólo es este tubo un embotellamiento literal para el tráfico de los datos de un problema, pero, más importantemente, es un embotellamiento intelectual que nos ha guardado palabra-en-uno-tiempo atado el pensar en vez de animarnos a que pensemos en términos de unidades conceptuales más grandes de la tarea actual. Así la programación es básicamente que planea y que detalla el tráfico enorme de palabras a través del embotellamiento de von Neumann, y mucho de esos datos no significativos sí mismo de las preocupaciones del tráfico, pero donde encontrarlo.[4]
El problema de funcionamiento es reducido por a escondrijo entre la CPU y la memoria central, y por el desarrollo de predicción del rama algoritmos. Está menos claro si embotellamiento intelectual que Backus criticado ha cambiado mucho desde 1977. La solución propuesta de Backus no ha tenido una influencia importante. Moderno programación funcional y orientado al objeto la programación se engrana mucho menos hacia “empujar números extensos de palabras hacia adelante y hacia atrás” que anterior idiomas como FORTRAN, pero internamente, que sigue siendo lo que pasan las computadoras mucho de su hacer del tiempo.
Computadoras stored-program tempranas
La información de la fecha en la cronología siguiente es difícil de poner en orden apropiada. Algunas fechas son para el primer funcionamiento un programa de la prueba, algunas fechas son la primera vez que la computadora fue demostrada o terminada, y algunas fechas están para la primera entrega o instalación.
- IBM SSEC era una computadora electromecánica stored-program y fue demostrada público encendido 27 de enero, 1948. Sin embargo era parcialmente electromecánico, así no completamente electrónico.
- Manchester SSEM ( Bebé) era la primera computadora completamente electrónica para funcionar un programa almacenado. Funcionó un programa que descomponía en factores por 52 minutos encendido 21 de junio, 1948, después de funcionar un programa simple de la división y un programa para demostrar que eran dos números relativamente prima.
- ENIAC fue modificado para funcionar como computadora stored-program (que usa las tablas de la función para el programa ROM) y fue demostrado como tal encendido 16 de septiembre, 1948, funcionando un programa cerca Adele Goldstine para von Neumann.
- BINAC funcionó algunos programas de la prueba en febrero, marcha, y el abril de 1949, aunque no fue terminado hasta el septiembre de 1949.
- Marca I de Manchester creció fuera del proyecto de SSEM. Una versión intermedia de la marca estaba disponible para funcionar programas en abril de 1949, pero no fue terminada hasta el octubre de 1949.
- EDVAC fue entregado en agosto de 1949, pero tenía problemas que lo guardaron de ser puesto en la operación regular hasta 1951.
- CSIR Mk I funcionó su primer programa en noviembre de 1949.
- SEAC fue demostrado en abril de 1950.
- AS experimental funcionó su primer programa encendido 10 de mayo, 1950 y fue demostrado en diciembre de 1950.
- SWAC fue terminado en julio de 1950.
- Torbellino fue terminado en diciembre de 1950 y estaba en uso real en abril de 1951.
- El primer Atlas de la ERA (más adelante la ERA comercial 1101/UNIVAC 1101) fue instalado en diciembre de 1950.
Referencias
En línea
- ^ Turing, A. M. (1936-7), “en números computables, con un uso al Entscheidungsproblem”, Procedimientos de la sociedad matemática de Londres, serie 2 42: pp. 230-65
- ^ Entrada de “MFTL”, archivo 4.4.7 de la jerga
- ^ Primer bosquejo de un informe sobre el EDVAC (PDF, 420 KB)
- ^ http://www.cs.utexas.edu/~EWD/transcriptions/EWD06xx/EWD692.html
General
- Las primeras computadoras: Historia y arquitecturas, corregido por Raúl Rojas y Ulf Hashagen, prensa del MIT, 2000. ISBN 0-262-18197-5.
- De Dits a los pedacitos…: Una historia personal de la computadora electrónica, Herman Lukoff, 1979. Prensa de la robótica, ISBN 978-0-89661-002-6
- Martin Davis (2000), capítulo 8, “haciendo las primeras computadoras universales”, Motores de la lógica: Matemáticos y el origen de la computadora, W. W. Norton & Company, inc. Nueva York. ISBN 0-393-32229-7 pbk.
- ¿Se puede la programación liberar del von Neumann Style?, Juan Backus, conferencia de la concesión de 1977 ACM Turing. Comunicaciones del ACM, el agosto de 1978, volumen 21, número 8. Pdf en línea
- C. Gordon Bell y Allen Newell (1971), Estructuras de la computadora: Lecturas y ejemplos, McGraw-Colina Book Company, Nueva York. Masivo (668 páginas).
Vea también
- Arquitectura de Harvard
- Arquitectura modificada de Harvard
- Máquina de Turing
- Máquina del acceso al azar
- Poco hombre-ordenador
- Ayuda ilustrativa de la cartulina al cómputo
- Síndrome de Von Neumann
- embotellamiento de la interconexión
Acoplamientos externos
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