дж фон нейман и его вклад в науку
Это интересно!!!
дж фон нейман нені ойлап тапқан

дж фон неймана

Джон фон Нейман (англ. John von Neumann), Нейман Янош Лайош (угор. Neumann János Lajos), Йоганн фон Нойман (нім. Johann von Neumann) * 28 грудня 1903 — † 8 лютого 1957) — американський математик угорського походження

Схематическое выражения схемы фон Неймана
Архитектура фон Неймана - архитектура электронных вычислительных машин, основным отличием которой от других подобных архитектур является совместное хранение данных и машинных команд в ячейках одного и того же памяти, что исключает их различия по способу представления или кодирования. Названа так в честь известного математика и теоретика вычислительной техники Джона фон Неймана (John von Neumann), и по сей день остается доминирующей схемой организации ЭВМ общего назначения.
1. Предпосылки создания и первоисточники
Авторство концепции, положенной в основу фон-неймановской архитектуры, на самом деле принадлежит коллективу авторов (фон Нейман, Дж. Экерт, Дж. Макли), которые работали над созданием одной из первых ЭВМ общего назначения с возможностью перепрограммирования - ENIAC (1943, в частности фон Нейман был консультантом в этом проекте), а потом уже глубже реализована в машине EDVAC (1952). Сами принципы были сформулированы в нескольких публикациях, среди которых следует выделить такую ​​как Burks, AW, Goldstine, HH, and von Neumann, J. Preliminary discussion of the logical design of an electronic computing instrument, 1945 ("Предварительная дискуссия о логическом устройстве электронного вычислительного инструмента ") и Von Neumann, J. First draft of a report on the EDVAC, 1946 (" Первый вариант доклада о EDVAC ").
Собственно, главной проблемой, представала перед "пионерами" вычислительной техники была чрезвычайная сложность введения алгоритма вычислений в ЭВМ, для чего приходилось иметь дело с многочисленными переключателями, тумблерами, разъемами и другими коммутирующих элементов. Это затрудняло процесс, приводило к огромному количеству ошибок и отнюдь не добавляло этим машинам универсальности.
Фон Нейман в своей "Предварительный дискуссии" предложил взамен хранить алгоритм вместе с данными для вычислений в памяти вычислительной машины, что бы давало возможность во-первых оперативно перепрограммировать систему, а во-вторых обращаться с командами как с данными, проводить над ними такие же вычислительные операции, то есть фактически открывало возможность для написания программ, которые сами себя модифицируют (и это было совсем не экзотикой в ​​то время, а практической необходимостью). Таким образом предлагалась организация вычислений, которая действительно делала вычислительную машину универсальным инструментом.
Такая структура невозможным различение команд от данных в памяти машины по структуре представления, но фон Нейманом было указано, что такое размещение возможно "при условии, если машина каким-то образом сможет различить их". Для того, чтобы указать машине на то, где есть команды, а где данные, была впоследствии предложена концепция счетчика команд (program counter), в котором хранилась адрес текущей команды, а после ее выполнения заменялась адресу следующей. Адреса же самих операндов (данных) хранились непосредственно в команде.

Джон фон Не́йман (англ. John von Neumann или Йоганн фон Нейман, нем. Johann von Neumann; при рождении Я́нош Ла́йош Не́йман (венг. Neumann János Lajos), 28 декабря 1903, Будапешт — 8 февраля 1957, Вашингтон) — венгро-американский математик

Также в "Предварительный дискуссии" была достаточно подробно рассмотрена четырехкомпонентной структура вычислительного инструмента, которая сейчас считается классической структурой фон-неймановской машины, а именно: арифметическое устройство, устройство управления, память и пульт оператора.
2. Формальное определение
Вычислительная машина является машиной с архитектурой фон Неймана, если:
Программа и данные хранятся в одной общей памяти.
Каждая ячейка памяти машины идентифицируется уникальным номером, который называется адресу.
Разные слова информации (команды и данные) различаются по способу использования, но не по способу кодирования и структурой представления в памяти.
Каждая программа выполняется последовательно, начиная с первой команды, если нет специальных указаний. Для изменения этой последовательности используются команды передачи управления.
3. Классическая структура машины фон Неймана
Машина фон Неймана, как и практически каждый современный ЭВМ общего назначения, состоит из четырех основных компонентов:
Операционная устройство (ОП), который выполняет команды из определенного набора, который называется системой (набором) команд, над порциями информации, хранящейся отделенной от операционного устройства памяти (хотя современные архитектуры имеют в составе операционного устройства дополнительную память (обычно банк регистров), в которой операнды хранятся сравнительно короткое время непосредственно в процессе проведения вычислений .
Устройство управления (ПУ), который организует последовательное выполнение алгоритмов, расшифровка команд, поступающих из запоминающего устройства (см. ниже), реагирует на аварийные ситуации и выполняет общие функции управления всеми узлами вычислительной машины. Обычно ОП и ПУ объединяются в структуру, которая называется центральным процессором. Следует обратить внимание, что требование именно последовательного, в порядке поступления из памяти (в порядке изменения адресов в счетчике команд) выполнение команд является принципиальной. Архитектуры, которые не следуют такому принципу, вообще не считаются фон-неймановской.

Нейман выступил на симпозиуме с докладом «Общая и логическая теория автоматов» <The General and Logical Theory of Automata>.

Запоминающее устройство (ЗУ) - массив ячеек с уникальными идентификаторами (адресами), в которых хранятся команды и данные.
Устройство ввода-вывода (ПВВ), который обеспечивает связь ЭВМ с внешним миром, устройств, которые передают информацию на переработку в ЭВМ и принимают результаты.
4. Принцип функционирования
После загрузки программы (алгоритма и данных для обработки) в запоминающее устройство, машина фон Неймана может работать автоматически, без вмешательства оператора. Каждая ячейка памяти машины имеет уникальный номер - адрес, специальный механизм, чаще всего - счетчик команд - обеспечивает автоматическое выполнение необходимой последовательности команд, и определяет на каждом этапе адрес ячейки, с которой необходимо загрузить следующую команду.
Перед началом выполнения программы в счетчик записывается адрес ее первой команды. Определения адреса следующей команды происходит по одному из следующих сценариев:
Если текущая команда не является командой передачи управления (т.е. это просто арифметическая или логическая операция над данными), то к текущему значению счетчика добавляется число, равное длине текущей команды в минимально адресованных единицах информации (понятно, что это возможно при условии, если обычные команды в блоках, не разделенных командами передачи управления, располагаются последовательно в памяти, иначе адрес следующей команды может храниться, например, непосредственно в команде).
Если текущая команда - команда передачи управления (команда условного или безусловного перехода), которая изменяет последовательный ход выполнения программы, то в счетчик принудительно записывается адрес той команды, которая была заказана при выполнении перехода, где бы она не находилась.
5. Недостатки и современные перспективы архитектуры фон Неймана
Можно выделить два основных вектора критики архитектуры фон Неймана: 5.1. "Семантический разрыв"
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 гораздо повышают производительность труда программиста за счет предложения ему более высокоуровневых абстракций, и требуется 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 "повысить семантический 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.
5.2. Разделение операционного устройства и памяти
Разделение запоминающего устройства 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 запоминающего устройства, который не успевает обеспечивать процессор новыми порциями информации, что приводит к простоям. Проблема решается за счет построения 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 интегрировала запоминающие 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.
5.3. Последовательный принцип выполнения
Архитектура фон Неймана принципиально последовательной. И это является существенным ограничивающим фактором в повышении быстродействия машин с такой организацией, делает невозможным введение явного параллелизма в систему. Прежде всего это вопрос не технический, а концептуальное и связано с самой парадигмой программирования для фон-неймановской машин. Именно поэтому параллельные вычислительные машины, хотя

Джон фон Нейман (von Neumann) (1903 — 57) — американский математик.  Гербрандт, В. Аккерман, Дж. фон Нейман.


Джон фон Не́йман (англ. John von Neumann; или Иоганн фон Нейман, нем.  Другой пример — доказательство Дж.

Краткая биография: Джон фон Нейман (John von Neumann)  (С приложением статьи Дж. фон Неймана Общая и логическая теория автоматов): ГИФМЛ; М.; 1960.


О. Моргенштерн, Дж. фон Нейман Теория игр и экономическое поведение Москва «Книга по Требованию» УДК 330 ББК 65 М79 М79 Моргенштерн О


Теория самовоспроизводящихся автоматов (фон Нейман Дж. (von Neumann)).

Белл и фон Нейман Дж. Бернштейн (США) Перевод М.Х. Шульмана  Вот что я хочу сказать. Иногда люди пишут, что фон Нейман допустил “ошибку”.


Рекомендуем

rd-ok.ru Телефон: +7 (382) 089-44-12 Адрес: Краснодарский край, Армавир, Посёлок РТС, дом 43