В соответствии с принципами фон Неймана компьютер состоит из арифметического логического устройства — АЛУ (англ. ALU, ArithmeticandLogicUnit), выполняющего арифметические и логические операции; устройства управления, предназначенного для организации выполнения программ; запоминающих устройств (ЗУ), в т.ч. оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и внешнего запоминающего устройства (ВЗУ); внешних устройств для ввода-вывода данных. Фон-неймановская архитектура компьютера считается классической, на ней построено большинство компьютеров. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.
Положения фон Неймана:
· Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
· Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
8 урок. Принципы Фон-Неймана
· Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
· Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
· Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве
· Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода
Какие 4 принципа сформулировал фон Нейман, и какое воздействие они оказали на разработчиков?
Принципы фон Неймана
1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.
5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.
Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.
Базовая архитектура и структура ЭВМ
Компьютеры какой архитектуры эффективны при решении чисто вычислительных задач?
Компьютерами с сосредоточенной обработкой называются такие вычислительные системы, у которых одно или несколько обрабатывающих устройств (процессоров) расположены компактно и используют для обмена информацией внутренние шины передачи данных. Компьютеры 1-го и 2-го поколения имелиархитектуру закрытого типа с ограниченным набором внешнего оборудования.
Компьютер, выполненный по этой архитектуре, не имел возможности подключения дополнительных устройств, не предусмотренных разработчиком.Укрупненная схема такой компьютерной архитектуры приведена на рис. 1. Оперативная память хранит команды и данные исполняемых программ.
АЛУ обеспечивает не только числовую обработку, но и участвует в процессе ввода-вывода информации, осуществляя ее занесение в оперативную память. Канал ввода / вывода представляет собой специализированное устройство, работающее по командам, подаваемым устройством управления. Канал допускает подключение определенного числа внешних устройств. Устройство управления обеспечивает выполнение команд программы и управляет всеми узлами системы.
Компьютеры такой архитектуры эффективны при решении чисто вычислительных задач. Они плохо приспособлены для реализации компьютерных технологий, требующих подключения дополнительных внешних устройств и высокой скорости обмена с ними информацией.
35. Какое главное нововведение использовалось в компьютерных системах с открытой архитектурой? Вычислительные системы с открытой архитектурой
В начале 70-х гг. фирмой DEC (DigitalEquipmentCorporation) был предложен компьютер совершенно иной архитектуры. Эта архитектура позволяла свободно подключать любые периферийные устройства, что сразу же заинтересовало разработчиков систем управления различными техническими системами, так как обеспечивало свободное подключение к компьютеру любого числа датчиков и исполнительных механизмов.
Главным нововведением являлось подключение всех устройств, независимо от их назначения, к общей шине передачи информации. Подключение устройств к шине осуществлялось в соответствии со стандартом шины. Стандарт шины являлся свободно распространяемым документом, что позволяло фирмам – производителям периферийного оборудования разрабатывать контроллер для подключения своих устройств к шинам различных стандартов. Архитектура компьютера открытого типа, основанная на использовании обшей шины, приведена на рис. 2.
Рис. 2. Архитектура компьютера открытого типа
Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он управляет общей шиной, выделяя время другим устройствам для обмена информацией. Запоминающее устройство хранит исполняемые программы и данные и согласовано уровнями своих сигналов с уровнями сигналов самой шины.
Внешние устройства, уровни сигналов которых отличаются от уровней сигналов шины, подключаются к ней через специальное устройство – контроллер. Контроллер согласовывает сигналы устройства с сигналами шины и осуществляет управление устройством по командам, поступающим от центрального процессора. Контроллер подключается к шине специальными устройствами – портами ввода-вывода. Каждый порт имеет свой номер, и обращение к нему процессора происходит, также как и к ячейке памяти, по этому номеру. Процессор имеет специальные линии управления, сигнал на которых определяет, обращается ли процессор к ячейке памяти или к порту ввода-вывода контроллера внешнего устройства.
Какую роль в системах с открытой архитектурой играет центральный контроллер?
Центральный контроллер играет роль коммутатора, распределяющего потоки информации между процессором, памятью, устройством отображения и остальными узлами компьютера. Кроме этого в состав микросхемы центрального контроллера включены устройства, которые поддерживают работу компьютера. К ним относятся системный таймер; устройство прямого доступа к памяти, которое обеспечивает обмен данными между внешними устройствами и памятью и периоды, когда это не требуется процессору; устройство обработки прерываний, которое обеспечивает быструю реакцию процессора на запросы внешних устройств, имеющих данные для передачи.
Какие 3 основных подхода существуют при построении быстродействующих вычислительных систем?
Какие мониторы используются в компьютерных системах, и в чем их особенности?
Мониторы на основе ЭЛТ.
Используются электронно лучевые трубки, используемые в обычных телевизионных приёмниках, и устройства формирующие на экранах точки (пиксели).Цвет точки создаётся смешиванием трёх основных цветов и зависит от интенсивности каждого электронного луча. Цветной монитор может отображать до 16 млн. оттенков в каждой точке.
Плазменные мониторы.
Изображение формируется светом, выделяемым при газовом разряде в каждом пикселе экрана. Такие мониторы используют для презентаций и конференций.
Самоизлучающие мониторы.
Используют матрицу пикселей, построенную на основе полупроводникового материала, излучающего свет при передаче на него напряжения ( светодиод). Достоинства таких мониторов заключается в том, что они обеспечивают 180- градусный обзор, работают при низком напряжении питания и имеют малый вес.
Какие существуют группы ПО?
Ответ:
· операционные системы и оболочки;
· системы программирования (трансляторы, библиотеки подпрограмм, отладчики и т.д.);
· интегрированные пакеты программ;
· динамические электронные таблицы;
· системы машинной графики;
· системы управления базами данных (СУБД);
· прикладное программное обеспечение.
Что такое программа?
Программа – упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютера для решения задачи.
Ключи и связи. Что такое первичный ключ и составной первичный ключ? Пример таблицы.
Поскольку строки в табл. могут быть не упрорядочены необходимо иметь поле или несколько полей для идентификации каждой строки. Такое поле или набор полей называется первичным ключом.
Если первичный ключ состоит из единственного атрибута, его называют простым ключом.
Если первичный ключ состоит из двух и более атрибутов, его называют составным ключом. Так, номер паспорта и серия паспорта не могут быть первичными ключами по отдельности, так как могут оказаться одинаковыми у двух и более людей. Но не бывает двух личных документов одного типа с одинаковыми серией и номером. Поэтому в отношении, содержащем данные о людях, первичным ключом может быть подмножество атрибутов, состоящее из типа личного документа, его серии и номера.
88.Ключи и связи. Что такое внешний ключ? Как устанавливается связь между двумя таблицами? Какие бывают отношения связей?
Внешний ключ-поле, указывающее на запись в другой таблице, связанную с данной записью.
Внешний ключ – это поле или набор полей, чьи значения совпадают со значениями первичного ключа другой таблицы.
Подобное взаимоотношения назыается связью. Связь между двумя таблицами утанавливается путем присвоения значениям внешнего ключа одной таблицы значения первичного ключа другой таблицы.
Что такое master- и
detail-таблица? Как строится схема базы данных? Что такое метаданные? Что такое запрос к базе данных?
Master-таблица-главная файловая таблица (база данных), в которой хранится информация о содержимом тома с файловой системой NTFS, представляющая собой таблицу, строки которой соответствуют файлам тома, а столбцы — атрибутам файлов).
detail-таблица- это таблица, участвующую в неком отношении с другой master-таблицей путем сопоставления внешнего ключа, хранящегося в этой таблице, с первичным ключом master-таблицы.
Условно, под Detail-таблицей можно представить некую таблицу, имеющую ссылки из одной или нескольких своих записей на строку другой » таблицы-справочника», в которой уже и расшифровываются характеристики ссылаемой сущности. Например, в связке » Книги» и » Форматы», таблица » Книги» может являться Detail-таблицей в случае, если в ней будут содержаться ссылки (в виде отдельного поля таблицы) на соответствующие записи справочника форматов книг.
Группа связанных таблиц называется схемой базы данных.
Информация о таблицах, их полях, первичных и внешних ключах, а также иных обьектов базы данных называется метаданные (данные о данных)
Запрос к базе данных – это поиск информации в базе данных.
Запрос — это команда на выполнение определенного вида манипулирования данными.
Какие устройства должен иметь компьютер в соответствии с архитектурой фон Неймана?
В соответствии с принципами фон Неймана компьютер состоит из арифметического логического устройства — АЛУ (англ. ALU, ArithmeticandLogicUnit), выполняющего арифметические и логические операции; устройства управления, предназначенного для организации выполнения программ; запоминающих устройств (ЗУ), в т.ч. оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и внешнего запоминающего устройства (ВЗУ); внешних устройств для ввода-вывода данных. Фон-неймановская архитектура компьютера считается классической, на ней построено большинство компьютеров. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.
Положения фон Неймана:
· Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
· Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
· Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
· Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
· Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве
· Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода
Источник: lektsia.com
Как работает машина фон Неймана
В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.
Принципы фон Неймана
1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.
5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.
Как работает машина фон Неймана
Машина фон Неймана состоит из запоминающего устройства (памяти) — ЗУ, арифметико-логического устройства — АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода.
Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда должна быть командой завершения работы. Команда состоит из указания, какую операцию следует выполнить (из возможных операций на данном «железе») и адресов ячеек памяти, где хранятся данные, над которыми следует выполнить указанную операцию, а также адреса ячейки, куда следует записать результат (если его требуется сохранить в ЗУ).
Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку.
УУ управляет всеми частями компьютера. От управляющего устройства на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии.
Управляющее устройство содержит специальный регистр (ячейку), который называется «счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство — «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Рекомендуем для прочтения:
Источник: studopedia.ru
Принципы архитектуры ЭВМ фон Неймана
Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман.
Введение………………………………………………………………….…. ….3
I. Биография Джона фон Неймана………………………….…………….…..…..5
II. Создание первой ЭВМ …..………………………………. ….9
III. Архитектура фон Неймана……………………………………….…..…. 13
IV. Принципы фон Неймана…………..……………………………….….….14
V. Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана………………..19
VI. Недостатки и современные перспективы архитектуры фон Неймана…20
VII. Архитектура современных суперЭВМ………………………………….22
VIII. Поколения ЭВМ…………………………………………………………25
Список литературы…………………………………………………………….38
Файлы: 1 файл
Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
III. Архитектура фон Неймана (англ. von Neumann architecture) — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.
Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-такивыполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п.
Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций, и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.
IV. Принципы фон Неймана
1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. (Принцип двоичного кодирования)
Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
2. Программное управление ЭВМ. (Принцип последовательного программного управления)
Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. (Принцип однородности памяти)
При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. (Принцип адресуемости памяти)
В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании. программы.
Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.
Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.
(Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими).
Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:
Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными). .
Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому
5. Возможность условного перехода в процессе выполненияпринципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер — техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше (ее можно назвать логической структурой). В современных компьютерах, в частности персональных, все чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный стремлением разработчиков и пользователей к повышению качества и производительности компьютеров.
Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие — количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера — показатель его эффективного быстродействия, то есть способности не просто быстро функционировать, а быстро решать конкретные поставленные задачи.
Как результат, все эти и прочие факторы способствуют принципиальному иконструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем не менее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможно увеличивать беспредельно (существуют современные технологические ограничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершенствованием архитектуры ЭВМ.
Так, появились компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой несколько процессоров работают одновременно, а это означает, что производительность такого компьютера равняется сумме производительностей процессоров. В мощных компьютерах, предназначенных для сложных инженерных расчетов и систем автоматизированного проектирования (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных ЭВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процессоров достигает нескольких десятков. .
Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.
Проблема решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти, а большийобъем оперативной информации хранится в основной памяти.
Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.
V. Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана
В середине 1940-х проект компьютера, хранящего свои программы в общей памяти был разработан в Муровской школе электрических разработок (англ. The Moore School of Electrical Engineering) в Университете штата Пенсильвания (англ. The University of Pennsylvania).
Подход, описанный в этом документе, стал известен как архитектура фон Неймана, по имени единственного из названных авторов проекта Джона фон Неймана, хотя на самом деле авторство проекта было коллективным. Архитектура фон Неймана решала проблемы, свойственные компьютеру «ЭНИАК», который создавался в то время, за счёт хранения программы компьютера в его собственной памяти. Информация о проекте стала доступна другим исследователям вскоре после того, как в 1946 году было объявлено о создании «Эниака». По плану предполагалось осуществить проект силами Муровской школы в машине EDVAC, однако до 1953 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти. Другие научно-исследовательские институты, получившие копии проекта, сумели решить эти проблемы гораздо раньше группы разработчиков из Муровской школы и реализовали их в собственных компьютерных системах. Первыми 5 компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:
• « Манчестерский МаркI». Прототип («Манчестерское дитя») Университет Манчестера
(англ. The University of Manchester) Великобритания, 21 июня 1948 года;
• EDSAC. Кембриджский университет (англ. The Cambridge University).
Великобритания, 6 мая 1949 года;
• BINAC. США, апрель или август 1949 года;
• CSIR Mk 1. Австралия, ноябрь 1949 года;
• SEAC. США, 9 мая 1950 года.
VI. Недостатки и современные перспективы архитектуры фон Неймана
Архитектура фон Неймана неоднократно подвергалась критике (и, учитывая это, вызывает искреннее удивление ее живучесть, тогда как подавляющее большинство поздних альтернатив является теперь или музейными экспонатами, или прототипами, и вообще никак не могут соревноваться с ней в популярности).
Можно выделить два основных вектора такой критики:
Хотя это не касается непосредственно принципов фон-Неймана, но часто апеллируют именно к «классической архитектуры фон-Неймана» в критике ее достаточно примитивного и низкоуровневого набора команд, который, по мнению критиков, абсолютно не соответствует современному состоянию дел в индустрии разработки программного обеспечения, в частности в наличии языков высокого уровня, которые намного повышают производительность труда программиста за счет предложения ему более высокоуровневых абстракций, и нужно обычно до нескольких сот машинных команд вместо одной команды языка высокого уровня. Этот дисбаланс в принципе успешно решается на программном уровне с помощью компиляторов , но в 60-70 годы XX века было довольно много попыток реализовать машинные языки высокого уровня аппаратно (см. Архитектура с развитыми средствами интерпретации ). Среди отечественных разработок в этом направлении следует выделить ЭВМ серии «МИР», а среди серьезных критиков системы фон-Неймана, в том числе и за низкий семантический уровень команд, академика В. М. Глушкова. Определенной степени, попыткой «повыситьсемантический уровень» можно считать и CISC -архитектуры системы команд, хотя как доказало время, перспективным оказался прямо обратное направление максимальной «примитивизации» набора команд, реализованный в RISC — архитектурах.
• Разделение операционного устройства и памяти
Разделение их хранения и памяти в классической архитектуре фон-Неймана считается ее существенным недостатком. Любят говорить о так называемом «бутылочное голубка» фон-неймановской архитектуры (термин, предложенный Джоном Бэкуса (John Backus) в 1977. Это «голубка» создается между операционным устройством (микропроцессором) и памятью, ведь скорость обработки информации в процессоре обычно намного больше, чем скорость работы их хранения, который не успевает обеспечивать процессор новыми порциями информации, что приводит к простоям. Проблема решается за счет построения более сложной иерархии памяти, в частности введением кэш-памяти, более быстрой (но и более дорогой, чем основная), где хранятся данные, которые часто используются в вычислениях, чтобы не обращаться за ними к медленной основной памяти. Существуют также и радикальные предложения, которые в последнее время начали воплощаться в жизнь, и заключаются в создании так называемой «умной памяти», которая бы интегрировала запоминая ячейки со схемами обработки данных.
Другим примером частичного решения этой проблемы является гарвардская архитектура, в которой память команд и данных разделена, что позволяет интенсифицировать обмен между запоминающим устройством и центральным процессором.
Источник: www.yaneuch.ru