Որն է ֆոն Նյարդանի ճարտարապետության սկզբունքը: Ինչպես է աշխատում Նոյանման մեքենան:

Այսօր դժվար է հավատալ, բայց համակարգիչները, առանց որոնց շատերը այլեւս չեն կարող պատկերացնել իրենց կյանքը, հայտնվել են մոտ 70 տարի առաջ: Նրանցից մեկը, ովքեր իրենց ստեղծման գործում վճռական ներդրում ունեցան, ամերիկացի գիտնական Ջոն von Neumann էր: Նա առաջարկեց այն սկզբունքները, որոնցով այսօր համակարգիչները դեռ աշխատում են: Տեսնենք, թե ինչպես է աշխատում ֆոն Նեմաննի մեքենան:

Կարճ կենսագրական գրառում

Janos Neiman- ը ծնվել է 1930 թ. Բուդապեշտում, շատ հրեական ընտանիքում, որը հետագայում հասցրել է ստանալ ազնվական կոչում: Նա տարբեր բնագավառներում առանձնանում էր մանկությունից: 23 տարեկանում Նեյմանը արդեն պաշտպանել է թեկնածուական ատենախոսությունը փորձարարական ֆիզիկայի եւ քիմիայի գծով: 1930 թ. Երիտասարդ գիտնական է հրավիրվել ԱՄՆ-ում, Պրինսետոնի համալսարանում աշխատելու: Միաժամանակ Նեյմանը դարձավ Ընդլայնված գիտությունների ինստիտուտի առաջին աշխատակիցներից մեկը, որտեղ աշխատել է որպես պրոֆեսոր, մինչեւ իր կյանքի ավարտը: Նյույմանի գիտական հետաքրքրությունները բավականին մեծ էին: Մասնավորապես, նա քվանտային մեխանիկայի մաթեմատիկայի ստեղծողներից մեկն է եւ բջջային ավտոմատների հայեցակարգը:

Տեղեկատվական համակարգին նպաստելը

Նախքան պարզել, թե որ սկզբունքը չի համապատասխանում ֆոն Նյumanների ճարտարապետությանը, հետաքրքիր կլինի սովորել, թե ինչպես գիտնականն եկել է ժամանակակից համակարգիչ ստեղծելու գաղափարին:

Լինելով փորձագետ, պայթյունների եւ ցնցումների ալիքների մաթեմատիկայի ոլորտում, 1940-ականների սկզբին ֆոն Նյարդանը գիտական խորհրդատուն էր Միացյալ Նահանգների բանակի զինամթերքի գրասենյակի լաբորատորիաներում: 1943-ի աշնանը նա Լոս-Ալամոս էր ժամանել `մասնակցելու Մանհեթենի նախագծի զարգացմանը, իր առաջնորդի անձնական հրավերով` Ռոբերտ Օպենհայմերին: Դրանից առաջ խնդիրն այն էր, որ հաշվի առնեին ատոմային ռումբի կրճատման ազդեցությունը կրիտիկական զանգվածին: Այն լուծելու համար անհրաժեշտ է մեծ հաշվարկներ, որոնք սկզբում կատարվեցին ձեռքի հաշվիչների վրա, իսկ ավելի ուշ `IBM- ի մեխանիկական տաբուլյատորների միջոցով, օգտագործելով դակիչ քարտեր:

Վոն Նյuman ն ծանոթացավ էլեկտրոնային-մեխանիկական եւ ամբողջական էլեկտրոնային համակարգիչների ստեղծման առաջընթացի մասին: Շուտով նա ներգրավված էր EDVAC- ի եւ ENIAC համակարգիչների զարգացման մեջ, որի արդյունքում նա սկսեց գրել EDVAC- ի «Առաջին զեկույցի նախագիծը», մնացած անավարտ, որտեղ նա ներկայացրեց գիտական հանրությանը, թե ինչպիսի համակարգչային ճարտարապետություն պետք է լինի:

Վոն Նյումենի սկզբունքները

Ինֆորմատիկան, որպես գիտություն, 1945 թ.-ին փակուղում էր, քանի որ 10-րդ ձեւով հիշատակված թվերի վրա պահված բոլոր համակարգիչները տեղադրվեցին կափարիչի վահանակի վրա թռիչքների տեղադրմամբ:

Սա մեծապես սահմանափակեց համակարգիչների կարողությունները: Ճշմարիտ առաջընթացը դարձավ ֆոն Նեմաննի սկզբունքները: Կարճ ասած, դրանք կարող են արտահայտվել մեկ նախադասությամբ `անցում դեպի երկուական թվային համակարգ եւ պահպանված ծրագրի սկզբունք:

Վերլուծություն

Հաշվի առնենք, թե ինչ սկզբունքների վրա է հիմնված ֆոն Նյumanների մեքենայի դասական կառուցվածքը, ավելի մանրամասն:

1. Երկուական համակարգից տասներորդից անցում

Neumann ճարտարապետության այս սկզբունքը մեզ թույլ է տալիս օգտագործել բավական պարզ տրամաբանական սարքեր:

2. Էլեկտրոնային համակարգչի ծրագրային հսկողություն

Համակարգչի գործողությունը վերահսկվում է հաջորդականությամբ կատարված հրահանգների շարքով: Առաջին մեքենաների զարգացումը հիշողությամբ պահվող ծրագրով հիմնեց ժամանակակից ծրագրավորման հիմքը:

3. Համակարգչային հիշողության մեջ առկա տվյալները եւ ծրագրերը միասին պահվում են

Այս դեպքում, այնպես էլ տվյալների եւ ծրագրային հրամանները ունեն նույն ձեւը գրավոր համակարգում, այնպես որ որոշ դեպքերում հնարավոր է իրականացնել նույն գործողությունները, ինչպես վերեւում:

Հետեւանքները

Բացի այդ, Fonnemann մեքենայի ճարտարապետությունն ունի հետեւյալ հատկանիշները.

1. Հիշողության բջիջները ունեն հասցեներ, որոնք թվագրվում են հերթականությամբ

Այս սկզբունքի կիրառման շնորհիվ հնարավոր դարձավ ծրագրավորման փոփոխականները: Մասնավորապես, ցանկացած պահի կարող եք դիմել կոնկրետ հիշողության վայր `իր հասցեին:

2. Ծրագրի կատարման ժամանակ պայմանական փոխանցման հնարավորությունը

Ինչպես արդեն նշվեց, ծրագրերի հրամանները պետք է կատարվեն հաջորդաբար: Այնուամենայնիվ, հնարավոր է անցում կատարել օրենսդրության ցանկացած տարածքի վրա:

Ինչպես է աշխատում Նոյանման մեքենան

Նման մաթեմատիկական մոդելը բաղկացած է հիշողության (ZU), թվաբանական տրամաբանության միավոր (ALU), հսկիչ սարքի, ինչպես նաեւ մուտքային եւ ելքային սարքերից: Բոլոր ծրագրային հրահանգները գրված են հարեւանությամբ գտնվող հիշողության խցերում, եւ դրանց մշակման համար տվյալները կամայական բջիջներում են:

Ցանկացած թիմ պետք է կազմված լինի հետեւյալից.

• Նշեք, թե որ գործողությունը պետք է իրականացվի.
• Հիշատակի բջիջների հասցեները, որտեղ պահվում են տվյալ գործողության վրա ազդող բնօրինակը տվյալները.
• Բջիջների հասցեները, որոնց արդյունքը պետք է գրվի:

Հատուկ նախնական տվյալների հրամաններով նշված գործողությունները կատարվում են ALU- ի կողմից, եւ արդյունքները գրվում են հիշողության բջիջներում, այսինքն, պահվում են հետագա մշակումով հարմար ձեւով կամ փոխանցվում է արտադրող սարքին (մոնիտոր, տպիչ եւ այլն) եւ մատչելի է մարդուն:

ՄՄ-ը վերահսկում է համակարգչի բոլոր մասերը: Դրանից դուրս մյուս սարքերն ստանում են ազդանշաններ, «ինչ անել», եւ այլ սարքերից այն ստանում է տեղեկություններ, թե ինչ վիճակում են նրանք գտնվում:

Հսկիչ սարքն ունի հատուկ գրանցամատյան, որը կոչվում է «հրամանատարի հաշվիչ»: Աղբյուրի տվյալների եւ ծրագրի մեջ հիշատակին բեռնաթափելուց հետո SC- ն իր առաջին հրամանագրի հասցեն է գրում: The UC- ն կարդում է բջջային բովանդակությունը համակարգչի հիշողության մեջ, որի հասցեն գտնվում է SC- ում եւ տեղադրում է «Հրամանատարության ռեգիստրում»: Հսկիչ սարքը որոշում է կոնկրետ հրամանին համապատասխան գործողությունը եւ համակարգչի հիշողության մեջ «նշում» այն տվյալները, որոնց հասցեները նշված են դրանում: Հետագայում, ALU- ն կամ համակարգչային ապարատը անցնում է գործողությանը, որից հետո SC- ի բովանդակությունը փոխվում է մեկի, այսինքն `հաջորդ հրամանը:

Քննադատություն

Քննարկումների առարկա է հանդիսանում ֆոն Նյամանի ճարտարապետության թերությունները եւ ժամանակակից հեռանկարները: Այն փաստը, որ այս հոյակապ գիտնականի կողմից առաջադրված սկզբունքների վրա ստեղծված մեքենաները կատարյալ չեն, նկատեցինք շատ վաղուց:

Հետեւաբար, համակարգչային գիտության գծով քննության տոմսերում կարելի է հաճախ գտնել «ինչ սկզբունքն է վոն Նյումենի ճարտարապետությունը համապատասխանում է եւ ինչ թերություններ ունի»:

Պատասխանելով երկրորդ մասի, անհրաժեշտ է նշել.

• Բարձր մակարդակի ծրագրավորման լեզուների եւ հրամանատարական համակարգերի միջեւ իմաստային բացը ներկայացնելու համար.
• ՕՀ-ի եւ պրոցեսորի թողունակության համապատասխանության խնդիրը;
• Ծագման ծրագրային ճգնաժամի պատճառով դրա ստեղծման արժեքը շատ ավելի ցածր է, քան տեխնիկայի զարգացման արժեքը, եւ ծրագիրը լիարժեք փորձարկման հնարավորություն չկա.
• Արագության առումով հեռանկարների պակասը, քանի որ դրա տեսական սահմանը արդեն հասել է:

Ինչ սկզբունքով չի համապատասխանում ֆոն Նյumanների ճարտարապետությանը, ապա խոսքը գնում է բազմատեսակ ճարտարապետության բնորոշ տվյալների հոսքերի եւ հրամանների մեծ թվով զուգահեռ կազմակերպման մասին:

Եզրակացություն

Այժմ դուք գիտեք, թե ինչ է պատկանում Նոննանյան ճարտարապետությունը: Ակնհայտ է, որ գիտությունը եւ տեխնոլոգիաները դեռ չեն կանգնում, եւ, ամենայն հավանականությամբ, շատ շուտով յուրաքանչյուր տանը կհայտնվեն բոլորովին նոր տեսակի համակարգիչներ, որոնց շնորհիվ մարդկությունն իր զարգացման նոր մակարդակի կհասնի: Ի դեպ, նախապատրաստվելու համար քննությունը կօգնի դասընթացին «Ճարտարապետություն von Neumann»: Նման թվային կրթական ռեսուրսները նպաստում են նյութի ուսուցմանը եւ հնարավորություն են տալիս գնահատելու ձեր գիտելիքները: