WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаІнформатика, Компютерні науки → Архітектура ЕОМ фон Ноймана - Реферат

Архітектура ЕОМ фон Ноймана - Реферат


Реферат на тему:
Архітектура ЕОМ фон Ноймана
Зміст
1 Передумови створення та першоджерела
2 Формальне визначення
3 Класична структура машини фон Ноймана
4 Принцип функціонування
5 Недоліки та сучасні перспективи архітектури фон Ноймана
5.1 "Семантичний розрив"
5.2 Розділення операційного пристрою та пам'яті
5.3 Послідовний принцип виконання
6 Посилання
7 Література
АРХІТЕКТУРА ФОН НОЙМАНА (архітектура фон Ноймана-Екерта-Маклі), архітектура електронних обчислювальних машин, основною відмінністю якої від інших подібних архітектур є спільне зберігання даних та машинних команд в комірках однієї й тієї ж пам'яті, що унеможливлює їх розрізнення за способом представлення або кодування. Названа так на честь відомого математика та теоретика обчислювальної техніки Джона фон Ноймана (John von Neumann), та по сьогодні залишається домінуючою схемою організації ЕОМ загального призначення.
Передумови створення та першоджерела
Авторство концепції, покладеної в основу фон-нойманівської архітектури, насправді належить колективу авторів (Нойман, Дж. Екерт, Дж. Маклі), які працювали над створенням однієї з перших ЕОМ загального призначення з можливістю перепрограмування - ENIAC (1943) (зокрема фон Нойман був консультантом в цьому проекті), а потім вже глибше реалізована в машині EDVAC (1952). Самі принципи були сформульовані в декількох публікаціях, серед яких слід виділити таку як Burks, A. W., Goldstine, H. H., and von Neumann, J. Preliminary discussion of the logical design of an electronic computing instrument, 1945 ("Попередня дискусія про логічний устрій електронного обчислювального інструмента") та Von Neumann, J. First draft of a report on the EDVAC, 1946 ("Перший варіант доповіді про EDVAC").
Власне, головною проблемою, яка поставала перед "піонерами" обчислювальної техніки була надзвичайна складність введення алгоритму обчислень в ЕОМ, для чого доводилось мати справу з багаточисленними перемикачами, тумблерами, роз'ємами та іншими комутуючими елементами. Це ускладнювало процес, призводило до величезної кількості помилок та аж ніяк не додавало цим машинам універсальності.
Фон Нейман в своїй "Попередній дискусії" запропонував натомість зберігати алгоритм разом з даними для обчислень в пам'яті обчислювальної машини, що б давало можливість по-перше оперативно перепрограмувати систему, а по-друге поводитись з командами як з даними, проводити над ними такі ж обчислювальні операції, тобто фактично відкривало можливість для написання програм, які самі себе модифікують (і це було зовсім не екзотикою на той час, а практичною необхідністю). Таким чином пропонувалась організація обчислень, яка дійсно робила обчислювальну машину універсальним інструментом.
Така структура унеможливлювала розрізнення команд від даних в пам'яті машини за структурою представлення, але фон-Нейманом було вказано, що таке розміщення можливе "за умови, якщо машина якимось чином зможе розрізнити їх". Для того, щоби вказати машині на те, де є команди, а де є дані, була згодом запропонована концепція лічильника команд (program counter), в якому зберігалась адреса поточної команди, а після її виконання замінювалась адресою наступної. Адреси ж самих операндів (даних) зберігались безпосередньо в команді.
Також в "Попередній дискусії" була досить докладно розглянута чотирикомпонентна структура обчислювального інструмента, яка зараз вважається класичною структурою фон-нойманівської машини, а саме: арифметичний пристрій, пристрій управління, пам'ять та пульт оператора.
Формальне визначення
Обчислювальна машина є машиною з архітектурою фон-ноймана, якщо:
1. Програма та дані зберігаються в одній загальній пам'яті.
2. Кожна комірка пам'яті машини ідентифікується унікальним номером, який називається адресою.
3. Різні слова інформації (команди та дані) розрізняються за способом використання, але не за способом кодування та структурою представлення в пам'яті.
4. Кожна програма виконується послідовно, починаючи з першої команди, якщо немає спеціальних вказівок. Для зміни цієї послідовності використовуються команди передачі управління.
Класична структура машини фон Ноймана
Машина фон Ноймана, як і практично кожна сучасна ЕОМ загального призначення, складається з чотирьох основних компонентів:
1. Операційний пристрій (ОП), який виконує команди з визначеного набору, який називається системою (набором) команд, над порціями інформації, яка зберігається відокремленій від операційного пристрою пам'яті (хоча сучасні архітектури мають в складі операційного пристрою додаткову пам'ять (зазвичай банк регістрів), в якій операнди зберігаються порівняно короткий час безпосередньо в процесі проведення обчислень.
2. Пристрій управління (ПУ), який організує послідовне виконання алгоритмів, розшифрування команд, які поступають із запам'ятовуючого пристрою (див. нижче), реагує на аварійні ситуації та виконує загальні функції управління всіма вузлами обчислювальної машини. Зазвичай ОП та ПУ об'єднуються в структуру, яка називається центральним процесором. Слід звернути увагу, що вимога саме послідовного, в порядку надходження з пам'яті (в порядку зміни адрес в лічильнику команд) виконання команд є принциповою. Архітектури, які не додержуються такого принципу, взагалі не вважаються фон-нойманівськими.
3. Запам'ятовуючий пристрій (ЗП) - масив комірок з унікальними ідентифікаторами (адресами), в яких зберігаються команди та дані.
4. Пристрій вводу-виводу (ПВВ), який забезпечує зв'язок ЕОМ з зовнішнім світом, різними пристроями, які передають інформацію на переробку в ЕОМ та приймають результати.
Принцип функціонування
Після завантаження програми (алгоритму й даних для обробки) в запам'ятовуючий пристрій, машина фон-ноймана може працювати автоматично, без втручання оператора. Кожна комірка пам'яті машини має унікальний номер - адресу, а спеціальний механізм, частіше всього - лічильник команд - забезпечує автоматичне виконання необхідної послідовності команд, і визначає на кожному етапі адресу комірки, з якої необхідно завантажити наступну команду.
Перед початком виконання програми в лічильник записується адреса її першої команди.
Loading...

 
 

Цікаве