L'architettura di von Neumann: a storia di l'urìgie di u terminu

L'architettura di a machina von Neumann, ancu cunnisciuta da u modellu von Neumann, o l'architettura di Princeton, hè basatu annantu à una tecnica descrizata in u 1945 da u matematicu è di u fisicu John von Neumann in u rapportu "Primu Prughjettu" in l'equipaggiu EDVAC.

Architettura

U rapportu von Neumann descrizanu un scenariu di architettura per una cumpagnia di digitale digitale cù parte cunzistenti di unità di prucessa chì cuntene:

• Unità di logica aritmetica;
• U processatore registrà;
• Una unità di cuntrollu cuntenenu un cumanda di cumerciu è un comando generale;
• Un dispositu di almacenamiento per almacenà e dati;
• Ughjettu di almacenamiento externo;
• Mécanismi di l'input and output.

U significatu di u sviluppu era chì ogni infurmazione guardata nantu à l'urdinatore puderia esse adupratu da u prugrammu in u quale a funzione chjamata scelta ùn pò esse ghjucatu à l'altru, perchè spartini un busu cumuni. Questu hè citatitu in u "Primu Prughjettu", chì descrizanu i pinsamenti di u scientistu nantu à chì tipu d'architettura sò deve esse. Von Neumann hà chiamatu questa situazione un "ceppu di bottlenecciu", chì spessu limite u funziunamentu di u sistema.

Principi di l'architettura von Neumann

Un urdinatore di scrittura hè un magazinu chì ammaistrà un prugrammu chì cuntene lugizzioni di u prugramma, e dati per leghje, scrivite è ancu inclusi memoria di accessu aleariu (RAM). I principi di l'architettura di John von Neumann sò ancu stati in u so travagliu "U Primu Prughjettu". Sicondu l'ellu, i computers cun un prugrammu almacenatu in memoria sò una mellura in a gestione di l'ordinate, cum'è ENIAC. L'ultime hè statu prugrammatu da elencu i muturi è inserisce un patch chì porta à i rotazione di dati è cuntrolli signalazioni trà i diversi blocchi di funzione. In a grande maggiorità di i computers moderni, a memoria hè ancu usata in modu simili. In questu casu, l' architettura di l' informatica von von Neumann difiere, per esempiu, da Harvard, perchè ùn usa micca u principale, ma u memoria cache.

Preistoria

I primi computtu anu fixed programmed programs. Certi computeri semprici anu sempri usatu stu prugettu per a simplicità o per scopu di furmazione. Per esempiu, una calculadora di scrittura hè ancu una computer cun un programa fixa. Puderete travaglià cù i fundamenti di a matematica, ma ùn pò micca esse utilizatu com'è un processatore di parlà o cunsola di ghjocu. U cambiamentu di u prugramma rimborsu di a màquina precisa riinizzione, ricustruzzione o riurganizazione di a machina. I primi computtu ùn sò micca cusì limitati, chì sò stati sviluppati pè a prima volta è per scopi scientificu. Reprogramming appeared much later, è era un prucessu di tempu, cuminciendu cù diagrammi di bloccu è bills di carta è finennu cù prughjetti tecnichi detallati. Spécialment difficulu era u prucessu di modernizazioni fisica di i canali di a ristaurazione di a machina. Pò esse poi pigghiarru trè simani à stallà u prugrammu nantu à ENIAC è pruvate per fà per fà u travagliu.

Una nova idea

Cù u suggerimentu di i prugrammi in scrittura in scrittura, tuttu cambiò. Amparati in memoria, sò un disignu cù un set di instructions. Allora, a màquina pò assicurà immediatamente un settore di cumandamenti per fà calculà.

U disignu di tali programmi riferisce à i codici autonomi. Una di e prime instalazione per un tali ughjettu era a necessità di un algoritmu di aumentà o altrimente cambià l'indirizzu parte di e cumandamenti. Hè stata fatta manualmente in i primi disinni. Questu hè diventatu menu impurtanti quandu l'indici registri è indiretti indirizzi hè diventatu e caratteristiche cusì chì l'architettura di l'informatica di l'equipa di John von Neumann detti. Un altru utilizazione hè di inserisce a data di frequenza utilizata in u flussu di cumandenu usendu una solu suluzione immediata. Ma u codice mudificanti hè statu criticatu forti, cum'è ùn hè spessu diffiuli per capiscenu è debug. Inoltre, era ancu inefficient in terms of playback and caching schemes of modern processors.

Da e grande, l'abilità di trattà l'urdinazione cum'è datu hè quella munzieddu, compilatori, cuntadini, pumadori è altre uttene cù e pussibilità di mette automatizati. Cusì dicenu, scrive i programmi chì scrive i programmi. In una scala più peca più chjesa, uperazione intensivi di upertu intruduu è cumerciali di uperazione, cumu manipulazione BitBlt cù l'imagine di primariu o píxel è vertex shaders di gràfici muderni 3D, sò stati trovati ineffittivi per u travagliu senza l'equipaggiu di l'usu.

U sviluppu di u cuncettu di un prugrammu in memoria

U matimaticu Alan Turing, chì avia interessatu à u prublema di a lògica matematica dopu a leazione di Max Newman à a Università Cambridge, hà scrittu l'articulu in u 1936, hè publicatu in l'edizione di a Societa Matematica di Londra. In questu, hà descrizatu una macchina intellettuale, chì ellu chjamava "unità informatica universale", è chì hè issa cunnisciuta com'è una machina universale di Turing. Hà un locu infinitu (in a terminologia muderna - memoria), chì cuntene l'infurmazioni è e dati, per quale l'architettura data fù creata. Von Neumann hà cunnisciutu Turing à u tempu quandu era statu professore visitante in Cambridge in u 1935, è ancu in a so difesa di a so dissertazione di dotturatu Turing in l'Istitutu di Studi Avanzati in Princeton (NJ) in u 1936-1937.

Ancu fianchi à l'altri, Ji Presper Eckert è John Mauchly, chì hà sviluppatu ENIAC in l'Escola di l'Ingenieria Elettraica in l'Università di Pennsylvania, scrigneru nantu à u cuncettu di una macchina chì hà almacenatu u prugramma in memoria in dicembre di u 1943. Quandu a pianificà una nova màquina, EDVAC, Eckert hà scrittu in ghjennaghju di u 1944 ch'ella puderia emmagatzemariari di dati è prugrammi in un novu dispositu cù l'affissu di memoria da ellu mette in mercuriu metallicu. Questa era a prima volta chì a propositu di a custruzzione di una macchina di un prugramma in memoria. À a listessa ora iddu e Mauchly ùn eranu micca cunnuscenu di u travagliu di Turing (foto sottu).

Architettura di computer: u principiu von Neumann

Von Neumann hè stata involuta in u Projetu Manhattan à u Laboratoriu Naziunale in Los Alamos, chì deve dumandà una quantità enorme di computation. Questu hà attrautu à u prughjettu ENIAC in l'estiu di 1944. Dopu ci juncìu discussioni supra u sviluppu di l'equipaggiu EDVAC. In u quadru di stu gruppu, hà scrittu un documentu "U Primu Prughjettu di l'annunziu di l'EDVAC", basatu nantu à l'opara di Eckert è Mauchly. Hè stata incomplete quandu u so cumpagnu Goldstein traslutò un prugettu cù u nome von Neumann (per a strada, Eckert è Mauchly èranu stupiti di tali notizia). Stu documentu hè statu legatu da documenti di cumpagni di von Neumann in America è in Europa è hà avutu un grande impattu nantu à a tappa next di u sviluppu di l'informatica.

I principii basi di l'architettura von Neumann, fughjata in u "Primu Prughjettu", hà uttenutu larga pupularità, mentri Turing coperto u so rapportu nantu à a calculatrice elettronica, chì fù scritta in dettu in l'ingenieria è a programazioni. Ci aghjustà a presentazione di l'autoru di a macchina, chì fù chjamatu u Computtu Automàticu (ACE). Ellu u prisintò à u Cunsigliu Executivu di u Laboratoriu Fisicu Naziu Britannicu in u 1946. Dopu un pocu tempu, anu parechji realizazioni successi di u disattivu ACE sò stati fatti.

Principiu di l'implementazione di u prugettu

Tutti i designi di von Neumann è i documenti di Turing descrigniu l'ordinateur per guardà un certu programma in memoria, ma l'articulu di von Neumann accettò a circulazione più grande in a soe, è l'architettura di l'informatica fubbe cunnisciuta da l'architettura di John von Neumann.

In u 1945, u prufissore Neumann, chì hà travagliatu da a l'escola di l'ingenieria di Filadelfia, induve u primu ENIAC hè stata creata, hà publicatu un rapportu annantu à u prugettu lògicu di l'ordinate digitale in nome d'un gruppu di i so culleghi. L'annunziu cuntene una pruposta più apprezzata per u disignu di a macchina, chì hè diventata da diventata cum'è EDVAC. Hè statu solu pocu state ripresa in America, ma u rapportu inspiratu von Neumann per creà EDSAC.

Maniacchi è Joniacs

In u 1947, Berks, Goldstein è von Neumann pubblicò un altru rapportu, chì cubriu a custruzzione di un altru tipu di màquina (questu tempu paralulu), chì deve esse extremamente veloce, capaci di esse realizatu 20 000 operazione per secore. Dicenu chì un problema solu per a custruisce questu hè u sviluppu di memoria adatta, u cuntenutu sanu sanu chì anu da esse dispunibile da al mare. Prima, sustinienziu usendu un tubu di vacuumu chjamatu Selectron, chì era inventatu in Princeton Laboratory. Tali canali eranu carichi, è facenu assai difficiule, soprattuttu se questu architettura sò utilizati. Von Neumann hà deciditu di custruisce una macchina nantu à a memoria di Williams. Questa màquina, chì si cumpiì in u giugnu di u 1952 in Princeton, divinni largamente canusciuti MANIAC (o semplice maniacs). U so designu ispirau i creaturi à designà una media docena o più di apparecchi simili chì sò in custruzzione in America è sò chjamati comicu Johniacs.

Principi di creazione

Unu di l'ordinateur numerii più muderni chì palesanu l'evuluzione è a maiò cumpletta a tecnulugia di computing elettronica automatiche fù dimustratu in u Laboratoriu Fisicu Naziunale in Teddington, induve hè statu creatu è custruitu da un gruppu di matimaticiani, i genetori di l'elettroni è i circunsidenti, cù l'assistenza di un certu prucessu di produzzione di British Electric Company Ltd. L'equipamentu hè sempre in u laboratoriu, ma solu cum'è un prototipu di una installazione assai più grande, chì hè cunnisciuta cum'è l'Engine Computing Automatico. Ma, anche a massima spicciana è u cuntenutu di vàlvula 800 solu termioni, hè una macchina stante è cuncessione universale.

I cuncetti baschi è i principii astratti di calculà cù una macchina foru formulati da u Dr. Turing nantu à a basa di a stissa Società Matematica di Londra prima di 1936, ma travaglià nantu à issi macchine in u Regnu Unitu hè stata dilata da a guerra. In u 1945, u prugettu di i prublemi di creà tali apparecchieri cuntinuavanu in u Laboratoriu Fisicu Naziunale da u Dr. Vormsley, u superintendente di u Laboratoriu di u Dipartimentu di Matematichi. Firmò in Turing cù u so picculu staffu di specialisti, è à u 1947 a pianificazione prelimiunata era avantabili per justificà a creazione di un gruppu specialu.

I primi ordinate nantu à l'architettura von Neumann

U primu prugettu discresca un mudellu chì hè stata utilizata da parechji università è di l'impurtanti per custruisce i so cumpunenti. Frà l'altru, solu ILLIAC è ORDVAC avia cumpunenti di struzzioni cumparenti.

L'architettura classica von Neumann hè stata fuscata in a Manchester Small Experimental Machine (SSEM), alcuni cunnisciutu Baby da l'Università di Manchester, chì fici u so primu lanzu successu com'è un appareccu chì amparò u prugramma in memoria in u 21 di giugnu di u 1948.

EDSAC da Cambridge University, u primu informatu praticu tecnicu di sta tipu, hè stata adupratu per a prima volta in u mesi di maggiu 1949.

U sviluppu di mudelli creati

L'IBM SSEC hà l'abilità di vede l'istruzzioni di dati è era publicamente publicatu in u 27 di jinnaru di u 1948. Sta capacità fu appruvata in a patente di u SU. In ogni casu, era in parti una machina electromagnetica, è micca solu elettronica. In pratica, l'istruzzioni sò stati leghje da a cinta di carta perchè a so memoria limitata.

U celu era u primu equipamentu informaticu tutale per esecutà i prugrammi almacenati. Puderò u prugramma di fatturativu per 52 minuti u 21 di ghjennaghju di u 1948 dopu à iniziu un calculu simplice di divisionu è u calculu, chì mostra chì dui numeri sò nant'à u primu.

ENIAC hè statu modificatu per operà cum'è un compuitu primitivu per leghje solu, ma per a stissa architettura, è hè statu dimustratu u 16 di settembre di u 1948 è u prugettu di u prugramma Adel Goldstein hà organizatu cù l'aiutu di von Neumann.

BINAC hà rializatu parechje testi di pruduzzioni in u frivaru, marzu è d'aprile di u 1949, anche chì ùn era micca finalizatu à settembre di u 1949. Inoltre, ci sò stati teste di lanisazione (uni pochi di riescudite) di altri computeri elettroni chì sò questi l'architettura hè inherente. Von Neumann, per via, cuntinuau di travaglià nantu à u prughjettu di Manhattan. Questu hè una persona universale.

Evoluzione di u sistema di architettura bus

In decadesni, in i 60 è 70, i computers in tuttu s'hè sappiutu è più veloce, chì hà purtatu à parechji evoluzioni chì l'architecture di l'informatica sottu von Neumann. Per esempiu, a visualizazione in a memoria di ingresse è di u risorsu permetterà i apparecchi, i dati è l'indicazione per l'integrazione in u sistema per esse trattatu, per esse in memoria. Un sistema di busu pò esse usatu per furnisce un sistema modulare cù menu. Questu hè chjamatu a "raziunalisation" di l'architettura. In decennii successivi, i micrologi semprici ùn anu micca usu di qualchi funziunalità di un mudellu tipicu per riduce u costu è grandore. Ma l'altri computeri seguenu l'architettura stabilita, perchè anu aghjustatu funziunalità per migliurà a performance