Машина на Тюринг
Машина Тюринг (MT)- абстрактен изпълнител (абстрактна изчислителна машина). Той е предложен от Алън Тюринг през 1936 г. за формализиране на концепцията за алгоритъм.
Машината на Тюринг е разширение на крайна държавна машина и, според Чърч - тезата на Тюринг, способен да имитира всички изпълнители(чрез задаване на правила за преход), които по някакъв начин реализират процеса на изчисление стъпка по стъпка, при което всяка стъпка от изчислението е доста елементарна.
Устройството на машината на Тюринг [
Машината на Тюринг включва неограничен брой в двете посоки лента(Възможни са машини на Тюринг, които имат няколко безкрайни ленти), разделени на клетки и контролно устройство(също наричан глава за четене и запис(GZCH)), способен да бъде в един от набор от състояния... Броят на възможните състояния на управляващото устройство е краен и точно определен.
Контролното устройство може да се движи наляво и надясно по лентата, да чете и записва знаци от някаква крайна азбука в клетки. Изпъква специално празенсимвол, който запълва всички клетки на лентата, с изключение на тези от тях (крайно число), върху които са записани входните данни.
Устройството за управление работи в съответствие с правила за преходкоито представляват алгоритъма, осъществимтази машина на Тюринг. Всяко правило за преход инструктира машината, в зависимост от текущото състояние и символа, наблюдаван в текущата клетка, да напише нов символ в тази клетка, да превключи в ново състояние и да премести една клетка наляво или надясно. Някои състояния на машината на Тюринг могат да бъдат обозначени като терминал, а преходът към който и да е от тях означава край на работата, спиране на алгоритъма.
Нарича се машината на Тюринг детерминистиченако най-много едно правило съответства на всяка комбинация от символ на състояние и лента в таблицата. Ако има двойка "символ на райета - състояние", за която има 2 или повече инструкции, такава машина на Тюринг се нарича недетерминистичен.
Описание на машината на Тюринг [
Конкретна машина на Тюринг се определя чрез изброяване на елементите от набора от букви от азбуката A, набора от състояния Q и набор от правила, според които машината работи. Те имат формата: qiaj → q i1 a j1 dk (ако главата е в състояние qi и буквата aj е написана в наблюдаваната клетка, тогава главата преминава в състояние q i1, в клетката се записва j1 вместо aj, главата прави движение dk, което има три опции: една клетка наляво (L), една клетка вдясно (R), оставане на място (N)). За всяка възможна конфигурация има точно едно правило (може да има повече правила за недетерминирана машина на Тюринг). Няма правила само за крайното състояние, в което колата спира. Освен това трябва да посочите крайното и началното състояние, първоначалната конфигурация на колана и местоположението на главата на машината.
Пример за машина на Тюринг [
Нека дадем пример за MT за умножение на числа в унарната бройна система. Записът на правилото "qiaj → q i1 a j1 R / L / N" трябва да се разбира по следния начин: qi е състоянието, в което се изпълнява това правило, aj са данните в клетката, в която се намира главата, q i1 е състоянието, в което трябва да се премине, a j1 - това, което трябва да се запише в клетката, R / L / N - команда за преместване.
Компютърна архитектура от Джон фон Нойман
Архитектура на фон Нойман- добре познатият принцип на съвместно съхранение на команди и данни в паметта на компютъра. Изчислителните системи от този вид често се обозначават с термина "машина на фон Нойман", но съответствието на тези понятия не винаги е еднозначно. Като цяло, когато се говори за архитектурата на фон Нойман, те имат предвид принципа на съхраняване на данни и инструкции в една памет.
Принципи на фон Нойман
Принципите на фон Нойман [
Принципът на хомогенност на паметта
Инструкциите и данните се съхраняват в една и съща памет и не се различават външно в паметта. Те могат да бъдат разпознати само по начина, по който се използват; тоест една и съща стойност в клетка на паметта може да се използва и като данни, и като команда, и като адрес, в зависимост само от начина на достъп до нея. Това ви позволява да извършвате същите операции с команди, както и с числата, и съответно отваря редица възможности. Така че, променяйки циклично адресната част на командата, можете да осигурите достъп до последователни елементи от масива от данни. Тази техника се нарича модификация на команди и не се насърчава от гледна точка на съвременното програмиране. По-полезно е друго следствие от принципа на хомогенност, когато инструкциите на една програма могат да бъдат получени в резултат на изпълнението на друга програма. Тази способност е в основата на превода - превод на програмен текст от език на високо ниво на езика на конкретен компютър.
Принцип на насочване
Структурно основната памет се състои от номерирани клетки и всяка клетка е достъпна за процесора по всяко време. Двоичните кодове на команди и данни са разделени на единици информация, наречени думи, и се съхраняват в клетки на паметта, а номерата на съответните клетки - адреси - се използват за достъп до тях.
Принцип на програмиран контрол
Всички изчисления, предоставени от алгоритъма за решаване на задачата, трябва да бъдат представени под формата на програма, състояща се от последователност от контролни думи - команди. Всяка команда предписва определена операция от набор от операции, реализирани от компютър. Програмните инструкции се съхраняват в последователни клетки на паметта на компютъра и се изпълняват в естествена последователност, тоест в реда на тяхната позиция в програмата. Ако е необходимо, с помощта на специални команди, тази последователност може да бъде променена. Решението за промяна на реда на изпълнение на командите на програмата се взема или въз основа на анализ на резултатите от предишни изчисления, или безусловно.
Типове процесори
Микропроцесоре устройство, което представлява една или повече големи интегрални схеми (LSI), които изпълняват функциите на компютърен процесор.Класическото изчислително устройство се състои от аритметично устройство (AC), управляващо устройство (CU), устройство с памет (памет) и входно-изходно устройство (IO)).
IntelCeleron 400 Socket 370 в пластмасов PPGA корпус, изглед отгоре.
Има процесори с различни архитектури.
CISC(ComplexInstructionSetComputing) е концепция за дизайн на процесора, характеризираща се със следния набор от свойства:
· Голям брой различни по формат и дължина команди;
· Въвеждане на голям брой различни режими на адресиране;
· Има сложно кодиране на инструкциите.
CISC процесорът трябва да работи с по-сложни инструкции с различна дължина. Една CISC инструкция може да бъде по-бърза за изпълнение, но е по-трудно да се обработват множество CISC инструкции паралелно.
Улесняването на програмите за отстраняване на грешки на асемблерен език води до затрупване на възлите на микропроцесорния блок. За да се подобри производителността, трябва да се увеличат тактовата честота и степента на интеграция, което налага подобрена технология и в резултат на това по-скъпо производство.
Предимства на CISC архитектурата[покажи]
Недостатъци на CISC архитектурата[покажи]
RISC(Изчисление с намален набор от инструкции). Процесор с намален набор от инструкции. Командната система е опростена. Всички команди са от един и същ формат с просто кодиране. Достъпът до паметта се осъществява чрез команди за зареждане и запис, останалите команди са тип регистър-регистр. Командата, пристигаща в процесора, вече е разделена на полета и не изисква допълнително декриптиране.
Част от кристала се освобождава, за да включва допълнителни компоненти. Степента на интеграция е по-ниска, отколкото в предишната архитектура, така че е разрешена по-ниска тактова честота за висока производителност. Командата затрупва по-малко RAM паметта, процесорът е по-евтин. Тези архитектури нямат софтуерна съвместимост. Отстраняването на грешки в RISC програми е по-трудно. Тази технология може да бъде внедрена в софтуер, съвместим с CISC технологията (например суперскаларна технология).
Тъй като RISC инструкциите са прости, за тяхното изпълнение са необходими по-малко порти, което в крайна сметка намалява цената на процесора. Но повечето от софтуера днес е написан и компилиран специално за Intel CISC процесори. За да използвате RISC архитектурата, текущите програми трябва да бъдат прекомпилирани и понякога пренаписани от нулата.
Тактова честота
Тактовата честота е мярка за скоростта, с която командите се изпълняват от централния процесор.
Цикълът е период от време, необходим за извършване на елементарна операция.
В не толкова далечното минало тактовата честота на централния процесор се идентифицира директно с неговата производителност, тоест колкото по-висока е тактовата честота на процесора, толкова по-продуктивен е той. На практика имаме ситуация, когато процесорите с различни честоти имат еднаква производителност, тъй като в един такт могат да изпълнят различен брой инструкции (в зависимост от дизайна на ядрото, честотната лента на шината, кеш паметта).
Тактовата честота на процесора е пропорционална на честотата на системната шина ( виж отдолу).
Битова дълбочина
Битовата ширина на процесора е стойност, която определя количеството информация, която централният процесор е в състояние да обработи за един цикъл.
Например, ако капацитетът на битовете на процесора е 16, това означава, че той е в състояние да обработи 16 бита информация за един такт.
Мисля, че всеки разбира, че колкото по-голяма е битовата дълбочина на процесора, толкова по-голямо количество информация може да обработи.
Обикновено колкото по-висока е битовата дълбочина на процесора, толкова по-добра е неговата производителност.
В момента се използват 32- и 64-битови процесори. Разрядността на процесора не означава, че той е длъжен да изпълнява команди със същата битност.
Кеш-памет
Първата стъпка е да се отговори на въпроса какво е кеш памет?
Кеш паметта е високоскоростна компютърна памет, предназначена за временно съхранение на информация (код на изпълними програми и данни), изисквана от централния процесор.
Какви данни се съхраняват в кеша?
Най-често използван.
Каква е целта на кеш паметта?
Факт е, че производителността на RAM паметта в сравнение с производителността на процесора е много по-ниска. Оказва се, че процесорът чака да пристигнат данни от RAM паметта – което понижава производителността на процесора, а следователно и производителността на цялата система. Кеш паметта намалява латентността на процесора, като съхранява данни и код на изпълними програми, които са най-често достъпни от процесора (разликата между кеш паметта и компютърната RAM е, че скоростта на кеш паметта е десет пъти по-висока).
Кеш паметта, като обикновената памет, има капацитет. Колкото по-голяма е битовата дълбочина на кеша, толкова повече данни може да обработва.
Има три нива на кеш паметта: кеш памет първият (L1), второ (L2) и трети (L3). Първите две нива се използват най-често в съвременните компютри.
Нека разгледаме по-отблизо и трите нива на кеша.
Първо кеш паметтаниво е най-бързата и най-скъпата памет.
Кешът L1 е разположен на една и съща матрица с процесора и работи на честотата на процесора (следователно най-високата производителност) и се използва директно от ядрото на процесора.
Капацитетът на кеша от първо ниво е малък (поради високата му цена) и се изчислява в килобайти (обикновено не повече от 128 KB).
L2 кеше високоскоростна памет, която изпълнява същите функции като L1 кеша. Разликата между L1 и L2 е, че последният има по-ниска скорост, но по-голям обем (от 128 KB до 12 MB), което е много полезно за изпълнение на ресурсоемки задачи.
L3 кешразположен на дънната платка. L3 е значително по-бавен от L1 и L2, но по-бърз от RAM. Ясно е, че обемът L3 е по-голям от обема L1 и L2. L3 кеш се намира в много мощни компютри.
Брой ядра
Съвременните технологии за производство на процесори позволяват поставянето на повече от едно ядро в един пакет. Наличието на множество ядра значително повишава производителността на процесора, но това не означава, че наличието н ядра дава увеличение на производителността в н веднъж. В допълнение, проблемът на многоядрените процесори е, че днес има сравнително малко програми, написани, като се има предвид, че процесорът има няколко ядра.
Многоядрен процесор, на първо място, позволява да се реализира функцията за многозадачност: да се разпредели работата на приложенията между процесорните ядра. Това означава, че всяко отделно ядро работи със „собствено“ приложение.
Структура на дънната платка
Преди да изберете дънна платка, трябва поне повърхностно да разгледате нейната структура. Въпреки че тук си струва да се отбележи, че местоположението на гнездата и другите части на дънната платка не играе специална роля.
Първото нещо, на което трябва да обърнете внимание, е гнездото на процесора. Това е малка квадратна вдлъбнатина с монтаж.
За тези, които са запознати с такъв термин като "овърклок" (овърклок на компютъра), трябва да обърнете внимание на наличието на двоен радиатор. Често дънните платки нямат двоен радиатор. Ето защо, за тези, които възнамеряват да овърклокнат компютъра си в бъдеще, е препоръчително да се уверят, че този елемент присъства на платката.
Продълговатите PCI-Express слотове са предназначени за видео карти, ТВ тунери, аудио и мрежови карти. Видеокартите се нуждаят от много честотна лента и използват PCI-Express X16 слотове. За останалите адаптери се използват PCI-Express X1 слотове.
Експертен съвет!PCI слотове с различна честотна лента изглеждат почти еднакво. Струва си да разгледате внимателно конекторите и да прочетете етикетите под тях, за да избегнете внезапни разочарования у дома при инсталиране на видеокарти.
По-малките слотове са предназначени за RAM ленти. Обикновено са оцветени в черно или синьо.
Чипсетът на дънната платка обикновено е скрит под радиатора. Този елемент е отговорен за съвместната работа на процесора и останалата част от системния блок.
Малки квадратни конектори на ръба на платката се използват за свързване на твърдия диск. От другата страна има конектори за входни и изходни устройства (USB, мишка, клавиатура и др.).
Производител
Дънните платки се произвеждат от много компании. Почти невъзможно е да се откроят най-добрите или най-лошите сред тях. Бордът на всяка компания може да се нарече висококачествен. Често дори неизвестни производители предлагат добри продукти.
Тайната е, че всички платки са оборудвани с чипсети от две компании: AMD и Intel. Освен това разликите между чипсетите са незначителни и играят роля само при решаване на дълбоко специализирани задачи.
Форм фактор
В случай на дънни платки размерът е от значение. Стандартният ATX форм-фактор се намира в повечето домашни компютри. Големият размер и следователно наличието на широка гама от слотове могат да подобрят основните характеристики на компютъра.
По-малка версия на mATX е по-рядко срещана. Възможностите за подобрение са ограничени.
Има и mITX. Този форм-фактор се намира в бюджетните офис компютри. Подобряването на производителността е или невъзможно, или безсмислено.
Процесорите и платките често се продават в пакети. Въпреки това, ако процесорът е закупен преди, важно е да се уверите, че е съвместим с платката. Поглеждайки към гнездото, съвместимостта на процесора и дънната платка може да се определи моментално.
Чипсет
Свързващата връзка на всички компоненти на системата е чипсетът. Чипсетите се произвеждат от две компании: Intel и AMD. Няма голяма разлика между тях. Поне за обикновения потребител.
Стандартните чипсети се състоят от северен и южен мост. Най-новите модели на Intel се състоят само от север. Това не беше направено, за да се спестят пари. Този фактор не намалява производителността на чипсета по никакъв начин.
Повечето съвременни чипсети на Intel се състоят от един мост, тъй като повечето от контролерите вече са в процесора, включително DD3 RAM контролер, PCI-Express 3.0 и някои други.
Аналозите на AMD са изградени по традиционната двумостова схема. Например, серията 900 е оборудвана с южния мост SB950 и северния мост 990FX (990X, 970).
Когато избирате чипсет, си струва да започнете от възможностите на северния мост. 990FX Northbridge може да поддържа 4 видео карти едновременно в режим CrossFire. В повечето случаи този капацитет е прекомерен. Но за феновете на тежките игри или тези, които работят с взискателни графични редактори, този такъв чипсет ще бъде най-подходящ.
Леко намалена версия на 990X все още може да поддържа две видеокарти едновременно, но 970-ият модел работи изключително с една видеокарта.
Оформление на дънната платка
· Подсистема за обработка на данни;
· Подсистема за захранване;
· Спомагателни (сервизни) блокове и възли.
Основните компоненти на подсистемата за обработка на данни на дънната платка са показани на фиг. 1.3.14.
1 - процесорно гнездо; 2 - предна гума; 3 - северен мост; 4 - тактов генератор; 5 - шина на паметта; 6 - RAM конектори; 7 - IDE (ATA) конектори; 8 - SATA конектори; 9 - южен мост; 10 - конектори IEEE 1394; 11 - USB конектори; 12 - Ethernet конектор; 13 - аудио конектори; 14 - LPC автобус; 15 - Супер I/O контролер; 16 - PS / 2 порта;
17 - паралелен порт; 18 - серийни портове; 19 - Конектор за флопи диск;
20 - BIOS; 21 - PCI шина; 22 - PCI слотове; 23 - AGP или PCI Express слотове;
24 - вътрешна шина; 25 - шина AGP / PCI Express; 26 - VGA конектор
FPM (Fast Page Mode) е вид динамична памет.
Името му съответства на принципа на действие, тъй като модулът позволява по-бърз достъп до данни, които се намират на същата страница като данните, прехвърлени през предишния цикъл.
Тези модули са били използвани на повечето 486-базирани компютри и ранните базирани на Pentium системи около 1995 г.
EDO (Extended Data Out) модулите се появяват през 1995 г. като нов тип памет за компютри с процесори Pentium.
Това е модифицирана версия на FPM.
За разлика от своите предшественици, EDO започва да извлича следващия блок памет в същото време, когато изпраща предишния блок към процесора.
SDRAM (Synchronous DRAM) е вид памет с произволен достъп, която работи толкова бързо, че може да бъде синхронизирана с честотата на процесора, с изключение на режимите на готовност.
Микросхемите са разделени на два блока клетки, така че когато се осъществи достъп до бит в един блок, има подготовка за достъп до бит в друг блок.
Ако времето за достъп до първата информация е 60 ns, всички следващи интервали се намаляват до 10 ns.
От 1996 г. повечето чипсети на Intel започнаха да поддържат този вид модули памет, което го направи много популярен до 2001 г.
SDRAM може да работи на 133 MHz, което е почти три пъти по-бързо от FPM и два пъти по-бързо от EDO.
Повечето компютри с процесори Pentium и Celeron, пуснати през 1999 г., използват този тип памет.
DDR (Double Data Rate) се превърна в разработката на SDRAM.
Този тип модули памет за първи път се появиха на пазара през 2001 г.
Основната разлика между DDR и SDRAM е, че вместо да удвояват тактовата честота, за да ускорят работата, тези модули прехвърлят данни два пъти в един тактов цикъл.
Сега това е основният стандарт за памет, но вече започва да отстъпва място на DDR2.
DDR2 (Double Data Rate 2) е по-нова версия на DDR, която теоретично трябва да бъде два пъти по-бърза.
DDR2 паметта се появи за първи път през 2003 г., а чипсети, поддържащи я в средата на 2004 г.
Тази памет, подобно на DDR, прехвърля два комплекта данни на такт.
Основната разлика между DDR2 и DDR е способността да работи със значително по-висока тактова честота поради подобрения в дизайна.
Но модифицираната схема на работа, позволяваща постигане на високи тактови честоти, в същото време увеличава латентността при работа с памет.
DDR3 SDRAM (Синхронна динамична памет с произволен достъп с двойна скорост на данни, трето поколение) е вид памет с произволен достъп, използвана в компютрите като памет с произволен достъп и видео памет.
Сменена DDR2 SDRAM памет.
DDR3 има 40% по-ниска консумация на енергия в сравнение с DDR2 модулите, което се дължи на по-ниското (1,5 V, в сравнение с 1,8 V за DDR2 и 2,5 V за DDR) напрежение на паметта.
Намаляването на захранващото напрежение се постига чрез използването на 90-nm (първоначално, след това 65-, 50-, 40-nm) технологична технология при производството на микросхеми и използването на транзистори с двойна врата (което помага за намаляване на токовете на утечка ).
DIMM с DDR3 памет са механично несъвместими със същите модули памет DDR2 (ключът се намира на друго място), следователно DDR2 не може да се инсталира в слотове за DDR3 (това се прави, за да се предотврати погрешно инсталиране на някои модули вместо други - тези типове памет не съвпадат по електрически параметри).
RAMBUS (RIMM)
RAMBUS (RIMM) е вид памет, която се появи на пазара през 1999 г.
Той е базиран на традиционната DRAM, но с напълно преработена архитектура.
Дизайнът на RAMBUS прави достъпа до паметта по-„разумен“, позволявайки предварителен достъп до данни, леко разтоварвайки процесора.
Основната идея, използвана в тези модули памет, е да получават данни в малки пакети, но с много висока тактова честота.
Например SDRAM може да прехвърля 64 бита информация с честота 100 MHz, а RAMBUS - 16 бита при честота 800 MHz.
Тези модули не бяха успешни, тъй като Intel имаше много проблеми с прилагането им.
RDRAM модулите се появиха в игровите конзоли Sony Playstation 2 и Nintendo 64.
RAM е съкращение от Random Access Memory - памет, достъпна по адрес. Адресите за последователен достъп могат да приемат всяка стойност, така че всеки адрес (или "клетка") може да бъде достъпен независимо.
Статистическата памет е памет, изградена от статични превключватели. Той съхранява информация, докато е подадено захранване. Обикновено са необходими поне шест транзистора, за да се съхранява един бит в SRAM верига. SRAM се използва в малки системи (до няколкостотин KB RAM) и се използва там, където скоростта на достъп е критична (като кеш в процесори или на дънни платки).
Динамичната памет (DRAM) се ражда в началото на 70-те години. Той се основава на капацитивни елементи. Можем да мислим за DRAM като колекция от кондензатори, управлявани от превключващи транзистори. Само един "кондензатор транзистор" е необходим за съхраняване на един бит, така че DRAM има повече капацитет от SRAM (и е по-евтин).
DRAM е организиран като правоъгълен масив от клетки. За да се позоваваме на клетка, трябва да изберем реда и колоната, в които се намира клетката. Това обикновено се прави по такъв начин, че горната част на адреса сочи към ред, а долната част на адреса сочи към клетка в реда („колона“). Исторически (поради ниската скорост и малките IC пакети в началото на 70-те години) адресът се подава към DRAM чипа на две фази - адресът на реда с адреса на колоната по същите редове. Първо, чипът получава адреса на реда и след това след няколко наносекунди по дължината на колоната адресът се предава на същия ред. Чипът чете данните и ги предава на изхода. По време на цикъла на запис данните се получават от чипа заедно с адреса на колоната. управляват чипа, се използват няколко контролни линии. RAS (Row Address Strobe) сигнали, които предават адреса на реда и също така активират целия чип CAS (Column Address Strobe) сигнали, чрез които се предава адресът на колоната. WE (Write Enable) показва че извършеният достъп е достъп за запис....
FP DRAM
Тъй като всеки класически достъп до DRAM изисква два адреса, той беше твърде бавен за 25 MHz машини. FP (Fast Page) DRAM е вариант на класическата DRAM, при която няма нужда да се предава адресът на реда във всеки цикъл на достъп. Докато RAS линията е активна, редът остава избран и отделни клетки от този ред могат да бъдат избрани чрез предаване само на адреса на колоната. Така че, докато местоположението на паметта остава същото, времето за достъп е по-кратко, тъй като в повечето случаи е необходима само една фаза на прехвърляне на адрес.
EDO (Extended Data Out) DRAM е вариант на FP DRAM. В FP DRAM адресът на колоната трябва да остане валиден през целия период на трансфер на данни. Буферите за данни се активират само по време на цикъла на предаване на адреса на колоната, когато CAS сигналът е активен. Данните трябва да бъдат прочетени от шината за данни на паметта, преди да се получи нов адрес на колона на чипа. EDO паметта съхранява данни в изходни буфери, след като CAS сигналът се върне в неактивно състояние и адресът на колоната бъде премахнат. Адресът на следващата колона може да се предава успоредно с четенето на данните. Това предоставя възможност за използване на частично съвпадение при четене. Докато EDO RAM клетките са със същата скорост като FP DRAM, последователният достъп може да бъде по-бърз. Така че EDO трябва да бъде нещо по-бързо от FP, особено за масивен достъп (като в графичните приложения).
Видео RAM може да се базира на всяка от DRAM архитектурите, изброени по-горе. В допълнение към "нормалния" механизъм за достъп, описан по-долу, VRAM има един или два специални серийни порта. VRAM често се нарича памет с два порта или три порта. Серийните портове съдържат регистри, които могат да съхраняват съдържанието на цяла серия. Възможно е да се прехвърлят данни от цял ред от масив памет към регистър (или обратно) в един цикъл на достъп. След това данните могат да бъдат прочетени или записани в серийния регистър на части с произволна дължина. Тъй като регистърът е съставен от бързи, статични клетки, достъпът до него е много бърз, обикновено няколко пъти по-бърз от масива с памет. Повечето типични приложения използват VRAM като буфер на паметта на екрана. Паралелният порт (стандартен интерфейс) се използва от процесора, а серийният порт се използва за прехвърляне на данни за точки на дисплея (или четене на данни от видео източник).
WRAM е собствена архитектура на паметта, разработена от Matrox и (кой друг, нека си спомним ... - Samsung?, MoSys? ...). Той е подобен на VRAM, но позволява на хоста да извършва по-бърз достъп. WRAM се използва на графичните карти Millenium и Millenium II на Matrox (но не и на съвременните Millenium G200).
SDRAM е цялостен ремонт на DRAM, въведен през 90-те. S означава Synchronous, тъй като SDRAM реализира напълно синхронен (и следователно много бърз) интерфейс. SDRAM съдържа (обикновено два) DRAM масива вътрешно. Всеки масив има свой собствен регистър на страници , който (малко) наподобява регистъра за сериен достъп на VRAM SDRAM работи много по-интелигентно от обикновената DRAM Цялата верига се синхронизира с външния тактов сигнал При всеки такт чипът получава и изпълнява командата, предадена на командните редове. командните редове остават същите като в класическите DRAM чипове, но техните функции са подобни само на оригинала.Има команди за прехвърляне на данни между масива памет и регистрите на страници и за достъп до данни в регистрите на страници.Достъпът до регистъра на страниците е много бързо - съвременните SDRAM могат да предават нова дума за данни на всеки 6..10 ns.
Синхронната графична RAM е вариант на SDRAM за графични приложения. Хардуерната структура е почти идентична, така че в повечето случаи можем да сменим SDRAM и SGRAM (вижте карти Matrox G200 - някои от тях използват SD, други SG). Разликата е във функциите, изпълнявани от регистъра на страниците. SG може да записва множество местоположения в един цикъл (това позволява много бързо запълване на цветовете и изчистване на екрана) и може да записва само няколко бита в една дума (битовете се избират от битовата маска, съхранена от интерфейсния цикъл). Следователно SG е по-бърз в графичните приложения, макар и физически не по-бърз от SD при "нормална" употреба. Допълнителни SG функции се използват от графичните ускорители. Мисля, че изчистването на екрана и по-специално възможностите за Z-буфер са много полезни.
RAMBUS (RDRAM)
RAMBUS (търговска марка на RAMBUS, Inc.) започва разработката през 80-те години, така че не е нова. Съвременните технологии RAMBUS съчетават стари, но много добри идеи и днешните технологии за производство на памет. RAMBUS се основава на проста идея: ние вземаме всяка добра DRAM, ние изграждаме статичен буфер в чипа (както във VRAM и SGRAM) и предоставяме специален, електронно конфигурируем интерфейс, работещ на 250..400 MHz. Интерфейсът е поне два пъти по-бърз от този, използван в SDRAM, и докато времето за произволен достъп обикновено е по-бавно, последователният достъп е много, много, много бърз. Не забравяйте, че когато бяха въведени 250 MHz RDRAM, повечето DRAM работеха на 12..25 MHz. RDRAM изисква специален интерфейс и много внимателно физическо разположение на печатната платка. Повечето RDRAM чипове изглеждат много различно от другите DRAM: всички те имат всички сигнални линии от една и съща страна на корпуса (така че да са с еднаква дължина) и само 4 захранващи линии на другата страна. RDRAM се използват в графични карти, базирани на чипове Cirrus 546x. Скоро ще видим RDRAM, използвани като основна памет на компютър.
Устройството на твърди дискове.
Winchester съдържа набор от пластини, които най-често представляват метални дискове, покрити с магнитен материал - плоча (гама ферит оксид, бариев ферит, хромов оксид...) и свързани с шпиндел (вал, ос).
Самите дискове (дебелини приблизително 2 мм) са изработени от алуминий, месинг, керамика или стъкло. (виж снимката)
И двете повърхности на дисковете се използват за запис. Използват се 4-9 чинии. Валът се върти с висока постоянна скорост (3600-7200 rpm.)
Въртенето на дисковете и радикалното движение на главите се извършва с помощта на 2 електрически двигателя.
Данните се записват или четат с помощта на главите за четене/запис, по една за всяка дискова повърхност. Броят на главите е равен на броя на работните повърхности на всички дискове.
Информацията се записва на диска на строго определени места - концентрични писти (тракове). Пистите са разделени на сектори. Един сектор съдържа 512 байта информация.
Обменът на данни между RAM и LMD се извършва последователно с цяло число (клъстер). Клъстер - вериги от последователни сектори (1,2,3,4, ...)
Специален двигател с помощта на скоба позиционира главата за четене/запис над дадена писта (премества я радиално).
Когато дискът се завърти, главата се позиционира над желания сектор. Очевидно всички глави се движат едновременно и главите за четене на информация се движат едновременно и четат информация от едни и същи записи с различна информация от едни и същи записи на различни дискове.
Следите на твърд диск с един и същ сериен номер на различни твърди дискове се наричат цилиндър.
Главите за четене/записване се движат по повърхността на плочата. Колкото по-близо е главата до повърхността на диска, без да я докосва, толкова по-висока е допустимата плътност на запис .
Интерфейси на твърдия диск.
IDE (ATA - Advanced Technology Attachment) е паралелен интерфейс за свързване на устройства, поради което е променен (със SATA изход) на PATA (Parallel ATA). Преди се използваше за свързване на твърди дискове, но беше заменен от интерфейса SATA. В момента се използва за свързване на оптични устройства.
SATA (Serial ATA) е сериен интерфейс за обмен на данни с устройства. За свързване се използва 8-пинов конектор. Както и в случая с PATA, той е остарял и се използва само за работа с оптични устройства. Стандартът SATA (SATA150) осигурява пропускателна способност от 150 MB / s (1,2 Gb / s).
SATA 2 (SATA300). Стандартът SATA 2 удвоява честотната лента до 300MB / s (2.4Gbps) и му позволява да работи на 3GHz. Стандартите SATA и SATA 2 са съвместими един с друг, но за някои модели е необходимо ръчно да настроите режимите чрез пренареждане на джъмперите.
SATA 3, въпреки че е правилно да го наречем SATA 6Gb/s относно изискването на спецификациите. Този стандарт удвои скоростта на трансфер на данни до 6 Gb / s (600 MB / s). Също така сред положителните новости са функцията за управление на програмата NCQ и командите за непрекъснат трансфер на данни за процеса с висок приоритет. Въпреки че интерфейсът беше представен през 2009 г., той все още не е особено популярен сред производителите и не се среща толкова често в магазините. Освен твърдите дискове, този стандарт се използва в SSD (твърдотелни устройства). Трябва да се отбележи, че на практика пропускателната способност на SATA интерфейсите не се различава в скоростта на предаване на данни. На практика скоростта на запис и четене на дискове не надвишава 100 MB / s. Увеличаването на индикаторите засяга само честотната лента между контролера и кеш паметта на устройството.
SCSI (Small Computer System Interface) - стандарт, използван в сървъри, където се изискват по-високи скорости на трансфер на данни.
SAS (Serial Attached SCSI) е поколение, което замени стандарта SCSI, използвайки сериен трансфер на данни. Подобно на SCSI, той се използва в работни станции. Напълно съвместим със SATA интерфейс.
CF (Compact Flash) - Интерфейс за свързване на карти с памет, както и за 1.0 инчови твърди дискове. Има 2 стандарта: Compact Flash Type I и Compact Flash Type II, като разликата е в дебелината.
FireWire е алтернативен интерфейс на по-бавния USB 2.0. Използва се за свързване на преносими твърди дискове. Поддържа скорости до 400 Mb / s, но физическата скорост е по-бавна от обичайните. При четене и писане максималната скорост е 40 Mb / s.
Видове видео карти
Съвременните компютри (лаптопи) се произвеждат с различни видове видеокарти, които пряко влияят на производителността в графичните програми, възпроизвеждането на видео и т.н.
В момента се използват 3 вида адаптери, които могат да се комбинират.
Нека разгледаме по-подробно видовете видеокарти:
- интегриран;
- отделен;
- хибрид;
- два дискретни;
- Хибриден SLI.
Интегрирана графикаЕ евтин вариант. Няма видео памет или графичен процесор. С помощта на чипсета графиката се обработва от централния процесор, вместо видео паметта се използва RAM. Такава система от устройства значително намалява производителността на компютъра като цяло и графичната обработка в частност.
Често се използва в бюджетни компютри или лаптопи. Позволява ви да работите с офис приложения, да гледате и редактирате снимки и видеоклипове, но е невъзможно да играете модерни игри. Налични са само наследени опции с минимални системни изисквания.
Известен също като моделът на фон Нойман или архитектурата на Принстън, той се основава на техника, описана през 1945 г. от математика и физика Джон фон Нойман в неговия доклад за Първия проект за изчислителната машина EDVAC.
Архитектурна схема
Разговорът на фон Нойман описва архитектурна диаграма за електронен цифров компютър с части, състоящи се от процесорни единици, която съдържа:
- аритметично-логическа единица;
- регистър процесор;
- блок за управление, съдържащ команден регистър и команден брояч;
- устройство за съхранение на данни;
- външно устройство за съхранение;
- входни и изходни механизми.
Идеята зад разработката беше, че всяка информация, съхранявана на компютъра, може да бъде използвана от програма, в която избраните оперативни данни не могат да бъдат възпроизведени едновременно, тъй като споделят обща шина. Това се споменава в The First Project, който описва мислите на учения за това каква трябва да бъде архитектурата. Фон Нойман нарече това "тесно място", което често ограничава производителността на системата.
Цифров компютър е компютър, който съхранява програма, която съдържа програмни инструкции, данни за четене, запис и също така включва памет с произволен достъп (RAM). Принципите на архитектурата на Джон фон Нойман също са очертани в неговия труд "Първият проект". Според него компютрите с програма, съхранявана в паметта, са подобрение спрямо контрола на компютри като ENIAC. Последният беше програмиран чрез настройване на превключватели и поставяне на кръпка, което води до маршрутизиране на данни и контролни сигнали между различните функционални блокове. По-голямата част от съвременните компютри също използват паметта по този начин. В същото време фон Нойман се различава например от Харвард по това, че използва не основната, а кеш паметта.
Заден план
Първият беше дал фиксирани програми. Някои много прости компютри все още използват този дизайн, или за простота, или за образователни цели. Например, настолен калкулатор също е компютър с фиксирана програма. Може да работи с основите на математиката, но не може да се използва като игрова конзола. Промяната на фиксираната програма на машината изисква повторно окабеляване, преструктуриране или реорганизиране на машината. Най-ранните компютри не са били толкова тясно фокусирани, колкото първоначално са били разработени за научни цели. Препрограмирането дойде много по-късно и това беше трудоемък процес, от блок-схеми и хартиени бележки до подробни технически проекти. Особено труден беше процесът на физическа модернизация на каналите за възстановяване на машината. Може да отнеме три седмици, за да инсталирате програмата на ENIAC и да се опитате да я накарате да работи.
Нова идея
С въвеждането на компютър, който съхранява програми в паметта, всичко се промени. Съхранени в паметта, те са конструкция от набор от инструкции. Това означава, че машината може незабавно да получи набор от инструкции за извършване на изчисления.
Дизайнът на такива програми е самопроменящи се кодове. Една от първите настройки за такъв обект беше необходимостта от алгоритъм за увеличаване или по друг начин промяна на адресната част на командите. Той е ръчно изработен в ранните дизайни. Това стана по-малко важно, когато индексните регистри и непрякото адресиране станаха общи характеристики в архитектурата на мейнфрейм на Джон фон Нойман на машината. Друга употреба е да вмъкнете често използвани данни в командния поток с незабавно решение. Но самопроменящият се код е получил много критики, защото е труден за разбиране и отстраняване на грешки. В допълнение, той също се оказа неефективен по отношение на схемата за повторно възпроизвеждане и кеширане на съвременните процесори.
Като цяло способността да се третират инструкциите като данни е това, което асемблерите, компилаторите, асемблерите, товарачите и други инструменти правят с възможни CAM обекти. Тоест, пишете програми, които пишат програми. В по-малък мащаб е установено, че повтарящите се интензивни I/O операции като BitBlt манипулиране на примитивни или пикселни и върхови шейдъри в съвременната 3D графика са неефективни без персонализиран хардуер.
Разработване на концепцията за програма, съхранявана в паметта
Математикът, който се интересува от проблема с математическата логика след лекцията на Макс Нюман в университета в Кеймбридж, написа статия през 1936 г., публикувана в Лондонското математическо общество. В него той описва хипотетична машина, която той нарече „универсалната изчислителна машина“ и която сега е известна като универсалната машина на Тюринг. Имаше безкрайно хранилище (в съвременната терминология - памет), което съдържаше както инструкции, така и данни, за които е създадена тази архитектура. Фон Нойман се запознава с Тюринг, докато той е гостуващ професор в Кеймбридж през 1935 г. и докато защитава докторска дисертация на Тюринг в Института за напреднали изследвания в Принстън, Ню Джърси през 1936-1937 г.
Независимо един от друг, Джий Преспер Екерт и Джон Мочли, които разработиха ENIAC в Училището по електротехника в Щатския университет на Пенсилвания, пишат за концепцията за машина с памет през декември 1943 г. Докато планира нова машина, EDVAC, Екерт пише през януари 1944 г., че тя ще съхранява данни и програми в ново адресируемо устройство с памет, използвайки живачно метално забавяне. Това беше първият път, когато беше предложено на практика да се изгради машина, която съхранява програма в паметта. В същото време той и Mauchly не са знаели за работата на Тюринг (снимката по-долу).
Компютърна архитектура: принципът на фон Нойман
Фон Нойман участва в проекта Манхатън в Националната лаборатория в Лос Аламос, който изисква огромно количество изчисления. Това го привлича към проекта ENIAC през лятото на 1944 г. Там той влезе в дискусии относно разработването на компютъра EDVAC. Като част от тази група той написа документ, озаглавен „Първият проектодоклад за EDVAC“, базиран на работата на Eckert и Mauchly. Той беше непълен, когато неговият колега Голдщайн разпространи проекта под името фон Нойман (между другото, Екерт и Мохли бяха онемели от тази новина). Този документ беше прочетен от десетки колеги на фон Нойман в Америка и Европа и оказа голямо влияние върху следващата фаза на компютърното развитие.
Основните принципи на архитектурата на фон Нойман, очертани в „Първият проект“, придобиват широка публичност, докато Тюринг отразява разговора си за електронния калкулатор, който е подробно описан в инженерството и програмирането. Той също така очертава идеята на автора за машина, наречена Automatic Computing Engine (ACE). Той го представя на изпълнителния комитет на Британската национална физическа лаборатория през 1946 г. След известно време дори бяха произведени различни успешни реализации на дизайна на ACE.
Старт на проекти
Както проектът на фон Нойман, така и документите на Тюринг описват компютри, съхраняващи конкретна програма в паметта, но книгата на фон Нойман постига по-голямо разпространение в обществото и компютърната архитектура става известна като архитектурата на Джон фон Нойман.
През 1945 г. професор Нойман, който тогава е в Инженерното училище във Филаделфия, където е построен първият ENIAC, публикува документ за логическия дизайн на цифровите компютри от името на група свои колеги. Докладът съдържа доста подробно предложение за дизайна на машината, която оттогава стана известна като EDVAC. Тогава е създаден едва наскоро в Америка, но разговорът вдъхнови фон Нойман да създаде EDSAC.
Маниаци и Джониаци
През 1947 г. Беркс, Голдщайн и фон Нойман публикуваха друга статия, която подчертава дизайна на друг тип машина (този път паралелна), която трябваше да бъде изключително бърза, способна на евентуално до 20 000 операции в секунда. Те отбелязаха, че нерешеният проблем при изграждането му е проектирането на подходяща памет, всички от които трябва да бъдат незабавно достъпни. Те първо предложиха да се използва специална вакуумна тръба, наречена Selectron, която е изобретена в Принстънската лаборатория. Тези тръби бяха скъпи и много трудни за изработка, особено ако се използва архитектурата. Впоследствие фон Нойман решава да построи машина, базирана на паметта на Уилямс. Тази машина, която е завършена през юни 1952 г. в Принстън, става широко известна от MANIAC (или просто Maniacs). Дизайнът му вдъхнови създателите да конструират половин дузина или повече подобни устройства, които сега се изграждат в Америка и са комично наречени Johniacs.
Принципи на създаване
Един от най-модерните цифрови компютри, въплъщаващ разработки и подобрения в техниката на автоматичните електронни изчисления, беше демонстриран в Националната лаборатория по физика в Тедингтън, където беше проектиран и построен от малка група математици, електроника и изследователски инженери, с съдействие на редица производствени инженери от English Electric Company Ltd. Оборудването все още е в лабораторията, но само като прототип на много по-голямо устройство, известно като Automatic Computing Engine. Но въпреки относително ниското си тегло и съдържащ само 800 термойонни клапана, това е изключително бърза и гъвкава изчислителна машина.
Основните концепции и абстрактни принципи за изчисляване с помощта на машина са формулирани от д-р Тюринг на базата на същото Лондонско математическо дружество през 1936 г., но работата по такива машини във Великобритания е забавена от войната. През 1945 г. разглеждането на проблемите за създаване на такива устройства продължава в Националната лаборатория по физика от д-р Уормсли, началник на лабораторията в Катедрата по математика. Той се присъединява към Тюринг със собствен малък персонал от специалисти и до 1947 г. предварителното планиране е достатъчно напреднало, за да гарантира създаването на специална група.
Първите компютри, базирани на архитектурата на фон Нойман
Първият проект описва схема, която е била използвана от много университети и корпорации за изграждане на техните компютри. Сред тях само ILLIAC и ORDVAC имаха съвместими набори от инструкции.
Класическата архитектура на фон Нойман беше въплътена в Manchester Small Experimental Machine (SSEM), наречена Baby, от Университета в Манчестър, която направи първото си успешно стартиране като устройство за съхранение на програми на 21 юни 1948 г.
EDSAC от университета в Кеймбридж, първият практичен електронен компютър от този тип, стартира успешно за първи път през май 1949 г.
Разработване на създадените модели
IBM SSEC имаше способността да третира инструкциите като данни и беше публично демонстриран на 27 януари 1948 г. Тази способност е заявена в патент на САЩ. Това обаче беше частично електромеханична машина, а не напълно електронна. На практика инструкциите се четат от хартиена лента поради ограничената памет.
Baby беше първият напълно електронен компютър, който стартира съхранени програми. Той управлява програмата за факторинг за 52 минути на 21 юни 1948 г., след като изпълни просто изчисление и изчисление на деление, което показва, че две числа са взаимно прости.
ENIAC е модифициран да работи като примитивен компютър само за четене със същата архитектура и е демонстриран на 16 септември 1948 г., а Адел Голдщайн организира стартирането на програмата с помощта на фон Нойман.
BINAC проведе няколко тестови програми през февруари, март и април 1949 г., въпреки че не беше завършен до септември 1949 г. Освен това бяха извършени тестови стартирания (някои успешни) на други електронни компютри, за които тази архитектура е характерна. Между другото, фон Нойман продължи да работи по проекта Манхатън. Ето такъв универсален човек.
Еволюция на архитектурата на шинната система
През десетилетията, още през 60-те и 70-те години, компютрите като цяло стават по-малки и по-бързи, което води до някои еволюции, които претърпява компютърната архитектура на фон Нойман. Например, картографирането на паметта на вход и изход позволява съответните устройства, чиито данни и инструкции за интегриране в системата ще бъдат обработени, да останат в паметта. Една шинна система може да се използва за осигуряване на модулна система с по-малки. Това понякога се нарича "рационализация" на архитектурата. През следващите десетилетия простите микроконтролери понякога не използват някои от характеристиките на типичния модел, за да намалят цената и размера. Големите компютри, от друга страна, следват установената архитектура, тъй като добавят функции за подобряване на производителността.
Днес е трудно да се повярва, но компютрите, без които мнозина вече не могат да си представят живота си, се появиха едва преди около 70 години. Един от тези, които имат решаващ принос за тяхното създаване, е американският учен Джон фон Нойман. Той предложи принципите, на които работят повечето компютри и до днес. Помислете как работи машината на фон Нойман.
Кратка автобиография
Янош Нойман е роден през 1930 г. в Будапеща, в много богато еврейско семейство, което по-късно успява да получи благородническа титла. От детството той се отличава с изключителни способности във всички области. На 23-годишна възраст Нойман вече е защитил докторска дисертация в областта на експерименталната физика и химия. През 1930 г. младият учен е поканен да работи в Съединените щати, като в същото време Нойман става един от първите служители на Института за напреднали изследвания, където работи като професор до края на живота си. Научните интереси на Нойман бяха доста обширни. По-специално, той е един от основателите на математическия апарат на квантовата механика и концепцията за клетъчни автомати.
Принос към информатиката
Преди да разберем кой принцип не съответства на архитектурата на фон Нойман, ще бъде интересно да разберем как ученият стигна до идеята за създаване на модерен компютър.
Експерт по математика на експлозиите и ударните вълни, фон Нойман е научен съветник в лаборатория към Администрацията за боеприпаси на армията на Съединените щати в началото на 40-те години на миналия век. През есента на 1943 г. той пристига в Лос Аламос, за да участва в разработването на проекта Манхатън по лична покана на ръководителя му. Той е натоварен със задачата да изчисли силата на имплозивно компресиране на заряда на атомна бомба до критична маса. За решаването му бяха необходими големи изчисления, които отначало се извършваха на ръчни калкулатори, а по-късно на механични табулатори от IBM, с помощта на перфокарти.
Запознах се с информация за хода на създаването на електронно-механични и изцяло електронни компютри. Скоро той е привлечен в разработването на компютрите EDVAC и ENIAC, в резултат на което започва да пише недовършената първа чернова на доклада EDVAC, в която представя на научната общност напълно нова идея за това каква трябва да бъде компютърната архитектура .
Принципи на фон Нойман
Информатиката като наука до 1945 г. стига до задънена улица, тъй като всички обработени числа се съхраняват в паметта им в 10-та форма, а програмите за извършване на операции се задават чрез задаване на джъмпери на пач панела.
Това значително ограничава възможностите на компютрите. Истинският пробив бяха принципите на фон Нойман. Накратко те могат да бъдат изразени с едно изречение: преходът към двоична бройна система и принципът на запаметена програма.
Анализ
Разгледайте по-подробно принципите, на които се основава класическата структура на машината на фон Нойман:
1. Преход към двоична система от десетична
Този принцип на архитектурата на Нойман позволява използването на доста прости логически устройства.
2. Софтуерно управление на електронен компютър
Работата на компютъра се контролира от набор от команди, изпълнявани последователно една след друга. Разработването на първите машини с програма, съхранявана в паметта, постави основата на съвременното програмиране.
3. Данните и програмите в паметта на компютъра се съхраняват заедно
В същото време и данните, и програмните команди имат един и същ начин на запис в двоичната бройна система, следователно в определени ситуации е възможно да се извършват същите действия върху тях като върху данните.
Последствия
В допълнение, архитектурата на машината Fonneumann има следните характеристики:
1. Клетките на паметта имат адреси, които са номерирани последователно
Благодарение на прилагането на този принцип стана възможно използването на променливи в програмирането. По-специално, по всяко време можете да се обърнете към определена клетка от паметта по нейния адрес.
2. Възможност за условно прескачане по време на изпълнение на програмата
Както вече споменахме, командите в програмите трябва да се изпълняват последователно. Възможно е обаче да преминете към всяка част от кода.
Как работи машината на фон Нойман
Такъв математически модел се състои от памет (памет), управление, както и входни и изходни устройства. Всички програмни команди се записват в клетки на паметта, разположени в съседство, а данните за тяхната обработка - в произволни клетки.
Всеки отбор трябва да се състои от:
- индикация каква операция трябва да се извърши;
- адреси на клетки от паметта, които съхраняват оригиналните данни, засегнати от посочената операция;
- адресите на клетките, в които трябва да се запише резултатът.
Операциите, посочени от командите върху конкретни първоначални данни, се извършват от ALU, а резултатите се записват в клетки на паметта, тоест се записват във форма, удобна за последваща машинна обработка, или се прехвърлят на изходно устройство (монитор, принтер и др.) и стават достъпни за хората.
UU контролира всички части на компютъра. От него към други устройства получава сигнали-заповеди „какво да се прави“, а от други устройства получава информация за състоянието, в което се намират.
Управляващото устройство има специален регистър, наречен "команден брояч" CK. След зареждане на първоначалните данни и програмата в паметта, на ИС се записва адресът на своята 1-ва команда. UU чете от паметта на компютъра съдържанието на клетката, чийто адрес е в SC, и я поставя в "Командния регистър". Устройството за управление определя операцията, съответстваща на конкретна команда, и "записва" в паметта на компютъра данните, чиито адреси са посочени в него. След това ALU или компютърът продължава да изпълнява операцията, при завършване на която съдържанието на CK се променя с единица, тоест насочва към следващата команда.
Критика
Недостатъците и настоящите перспективи продължават да бъдат предмет на дебат. Фактът, че машините, създадени на принципите, изтъкнати от този изключителен учен, не са съвършени, беше забелязан отдавна.
Затова в изпитните билети по информатика често може да се срещне въпросът „кой принцип не отговаря на архитектурата на фон Нойман и какви недостатъци има тя”.
Когато отговаряте на втората му част, не забравяйте да посочите:
- за наличието на семантична пропаст между езиците за програмиране на високо ниво и командната система;
- по проблема за съвпадение на ОП и честотната лента на процесора;
- възникващата софтуерна криза, причинена от факта, че цената на създаването му е много по-ниска от цената за разработване на хардуер и няма възможност за пълно тестване на програмата;
- липса на перспективи по отношение на производителността, тъй като теоретичната му граница вече е достигната.
Що се отнася до кой принцип архитектурата на фон Нойман не отговаря, говорим за паралелна организация на голям брой потоци от данни и команди, присъщи на многопроцесорната архитектура.
Заключение
Сега знаете на кой принцип архитектурата на фон Нойман не отговаря. Очевидно е, че науката и технологиите не стоят на едно място и може би много скоро във всеки дом ще се появят компютри от напълно нов тип, благодарение на които човечеството ще достигне ново ниво на своето развитие. Между другото, симулаторът на von Neumann Architecture ще ви помогне да се подготвите за изпита. Такива дигитални образователни ресурси улесняват усвояването на материала и дават възможност да оцените знанията си.
Какви постижения в компютърните науки постигна Джон фон Нойман през ХХ век, ще научите от тази статия.
Преди да говорим за постиженията му в компютърните науки, си струва да говорим за първите стъпки на учен по пътя на науката. Първата му работа "За въвеждането на трансфинитни ординали" е публикувана през 1923 г. на страниците на университета в Сегед, където учи. В докторската си дисертация той разработи система от аксиоми... През 1925 г. Нойман защитава дисертация на тема „Аксиоматичната конструкция на теорията на множествата“ в Будапещенския университет и получава диплома по химическо инженерство от университета в Цюрих. През 1927 г. става асистент в Берлинския университет, а две години по-късно и в Хамбургския университет. През 1931 г. е повишен в професор в Пристънския университет.
Постижения на Джон фон Нойман в компютърните науки
През 1943 - 1946 г. е построен първият компютър (електро-изчислителна машина), който носи името ENIAC. Джон фон Нойман предложи на своите разработчици как да опростят програмирането на машината, като я модифицират. А при създаването на втората машина EDVAK -електронен автоматичен калкулатор с дискретни променливи, той вече взе активно участие. Той е отговорен за разработването на подробна логическа диаграма на машина, в която изчислителните идеализирани елементи са структурни единици. Тези идеализирани елементи бяха крачка напред в компютърните науки, тъй като позволиха логическата схема да бъде отделена от нейното техническо изпълнение.
Джон фон Нойман предложи използването на електростатична система за съхранение вместо линия за забавяне като елементи на паметта. Новосъздаденият автомобил е кръстен JONIAC на името на Нойман.
Научните трудове на автора са “За основите на квантовата механика”, “Математическо обосноваване на квантовата механика”, “Вероятностно изграждане на квантовата механика”, “Термодинамика на квантово-механичните системи”, “За теорията на Хилбертови доказателства”, “За Теория на стратегическите игри”, „За дефиницията чрез трансфинитна индукция и свързаните с нея въпроси на общата теория на множествата”, „За проблем за последователността на аксиоматичната теория на множествата”.
Освен че той участва в създаването на компютър, ученият е първият, който формулира принципите на компютъра.Принципи, формулирани от Джон фон Нойман:
- Принципът на двоичната система за изчисляване на команди и данни.
- Принципът на програмиран контрол. Програмата е набор от инструкции, изпълнявани от процесора в определена последователност.
- Принципът на хомогенност на паметта. Всички данни се съхраняват и кодират в една памет.
- Принципът на адресируемостта на паметта. Паметта се състои от номерирани клетки и процесорът има произволен достъп до всяка от тях.
- Принципът на последователното програмно управление. Инструкциите, съхранени в паметта, се изпълняват една по една след завършване на предишната команда.
- Принцип на условен скок. Беше формулирано
Джон фон Нойман (1903 - 1957) е американски математик, който има голям принос за създаването на първите компютри и разработването на методи за тяхното приложение.
Именно той положи основите на доктрината за архитектурата на компютрите, след като се присъедини към създаването на първия в света лампов компютър ENIAC през 1944 г., когато неговият дизайн вече беше избран.
В процеса на работа, по време на многобройни дискусии със своите колеги Г. Голдщайн и А. Беркс, Джон фон Нойман изрази идеята за принципно нов компютър. През 1946 г. учените очертават своите принципи за конструиране на компютри в вече класическата статия „Предварително разглеждане на логическото проектиране на електронно изчислително устройство“.
Оттогава измина повече от половин век, но посочените в него разпоредби остават актуални и днес. Сотников В.Н., Попов А.М. Информатика и математика за юристи. - М., 2012. С. 226
Статията убедително обосновава използването на двоична система за представяне на числа, тъй като по-рано всички компютри съхраняваха обработени числа в десетична форма. Авторите демонстрират предимствата на двоична система за техническа реализация, удобство и простота при извършване на аритметични и логически операции в нея. двоичен компютърен компютър
В бъдеще компютрите започнаха да обработват нечислови видове информация - текстова, графична, звукова и други, но двоичното кодиране на данните все още формира информационната основа на всеки съвременен компютър.
Друга революционна идея, чието значение е трудно да се надцени, е предложеният от Нойман принцип на „съхранената програма“.
Първоначално програмата беше зададена чрез поставяне на джъмпери на специален пач панел. Това беше много трудоемка задача: например бяха необходими няколко дни, за да се промени програмата на машината ENIAC, докато действителното изчисление не можеше да продължи повече от няколко минути - имаше огромен брой лампи, които не бяха в ред.
Нойман беше първият, който предположи, че една програма може да се съхранява и като набор от нули и единици и в същата памет като числата, които обработва. Липсата на фундаментална разлика между програмата и данните направи възможно компютърът да формира програма за себе си в съответствие с резултатите от изчисленията.
Джон фон Нойман не само изложи основните принципи на логическото устройство на компютъра, но и предложи неговата структура, която беше възпроизведена през първите две поколения компютри. Мишин А.В. Информационни технологии в професионалните дейности. - М .: Академия, 2012. С. 161
Според Нойман основните блокове са контролно устройство (CU) и аритметично логическо устройство (ALU), обикновено комбинирани в централен процесор, който включва и набор от регистри с общо предназначение (RON) - за междинно съхранение на информация по време на нейната обработка; памет, външна памет, входни и изходни устройства. Трябва да се отбележи, че външната памет се различава от входните и изходните устройства по това, че данните се въвеждат в нея във форма, удобна за компютър, но недостъпна за пряко човешко възприятие.
Компютърна архитектура, базирана на принципите на Джон фон Нойман.
Плътни линии със стрелки показват посоката на информационните потоци, пунктирани линии показват управляващи сигнали.
