폰 노이만 건축의 원리는 무엇입니까? 폰 노이만의 기계는 어떻게 작동합니까?

오늘날에는 믿기가 어렵지만 많은 사람들이 더 이상 자신의 삶을 상상할 수없는 컴퓨터는 약 70 년 전에 등장했습니다. 그들의 창조에 결정적인 기여를 한 사람들 중 한 사람은 미국 과학자 존 폰 노이만 (John von Neumann)이었다. 그는 오늘날 대부분의 컴퓨터가 여전히 작동하는 원칙을 제안했습니다. 폰 노이만 기계가 어떻게 작동하는지 생각해보십시오.

간략한 전기 메모

야노스 니만 (Janos Neiman)은 1930 년 부다페스트에서 태어나 매우 유복 한 유대인 가족으로 나중에 귀족의 명성을 얻었습니다. 그는 모든 분야에서 뛰어난 능력을 지닌 어린 시절과 구별되었습니다. 23 세의 나이에 이미 Neiman은 실험 물리학 및 화학에서 박사 학위 논문을 옹호했습니다. 1930 년 젊은 과학자가 프린스턴 대학 (Princeton University)에서 미국에서 일하도록 초청 받았다. 동시에, Neiman은 그의 연구가 끝날 때까지 교수로 일했던 고급 연구원의 최초 직원 중 한 명이되었습니다. 노이만의 과학적 관심은 상당히 광범위했습니다. 특히, 그는 양자 역학의 수학적 개념과 셀룰러 오토 마톤 (cellular automata)의 개념 중 하나입니다.

정보학에 대한 공헌

폰 노이만 건축과 일치하지 않는 원리를 발견하기 전에 과학자가 현대 컴퓨터를 만드는 아이디어를 얻은 방법을 배우는 것은 흥미로울 것입니다.

폭발과 충격파의 수학 분야의 전문가이기 때문에 1940 년대 초에 폰 노이만 (Phon Neumann)은 미 육군 탄약 국 (Amy Army Ammunition Office)의 실험실 중 한 곳에서 과학 컨설턴트로 근무했습니다. 1943 년 가을 로스 알 라모스 (Robert Alamos)에 도착하여 자신의 리더 인 로버트 오펜하이머 (Robert Oppenheimer)의 개인 초청으로 맨해튼 프로젝트의 개발에 참여했습니다. 그 전에는 원자 폭탄 충전의 내파압 압축력을 임계 질량으로 계산하는 작업이있었습니다. 이를 해결하기 위해 펀치 카드를 사용하여 처음에는 손으로 계산기를 수행 한 후 IBM의 기계적 테이블 작성기에서 수행 한 대규모 계산이 필요했습니다.

폰 노이만 (Von Neumann) 은 전자 기계 및 전자 컴퓨터를 만드는 과정에 대한 정보를 알고있었습니다. 얼마 후 그는 컴퓨터 EDVAC과 ENIAC의 개발에 참여하여 결과적으로 "EDVAC에 대한 첫 번째 초안"이라는 작품을 작성하기 시작했으며, 나머지는 미완성 인 상태에서 과학 공동체에 컴퓨터 아키텍처가 무엇인지에 대한 완전히 새로운 아이디어를 제시했습니다.

폰 노이만의 원리

1945 년까지 과학으로서의 정보학은 메모리에 저장된 모든 컴퓨터가 10 번째 형식으로 처리되고 패치 패널에 점퍼를 설치하여 작업을 수행하는 프로그램이 설정되어 교착 상태에 빠졌습니다.

이것은 컴퓨터의 기능을 크게 제한했습니다. 진정한 돌파구가 폰 노이만의 원칙이되었습니다. 간단히 말해서, 이진수 시스템으로의 전환과 저장된 프로그램의 원칙을 한 문장으로 표현할 수 있습니다.

분석

폰 노이만 머신의 고전적 구조가 어떤 원리에 기초하는지에 대해 자세히 살펴 보겠습니다.

1. 10 진법에서 2 진법으로 전환

Neumann 아키텍처의이 원리는 우리가 오히려 간단한 논리 장치를 사용할 수있게 해줍니다.

2. 전자 컴퓨터의 소프트웨어 제어

컴퓨터의 동작은 연속적으로 차례로 실행되는 일련의 명령에 의해 제어됩니다. 메모리에 저장된 프로그램으로 첫 번째 기계를 개발하면 현대 프로그래밍의 기초가되었습니다.

3. 컴퓨터의 메모리에있는 데이터와 프로그램이 함께 저장됩니다.

이 경우, 데이터 및 프로그램 명령 모두가 2 진 시스템에서 동일한 작성 방법을 갖기 때문에 특정 상황에서 데이터에 대해 위와 동일한 조치를 수행 할 수 있습니다.

결과

또한 Fonnemann 시스템의 아키텍처에는 다음과 같은 기능이 있습니다.

1. 메모리 셀은 순차적으로 번호가 매겨진 주소를 갖는다.

이 원리의 적용 덕분에 프로그래밍에서 변수를 사용할 수있게되었습니다. 특히 언제든지 주소의 특정 메모리 위치를 참조 할 수 있습니다.

2. 프로그램 실행 중 조건부 전송 가능성

이미 언급했듯이 프로그램의 명령은 순차적으로 실행되어야합니다. 그러나 코드의 모든 영역으로 전환 할 수 있습니다.

폰 노이만의 기계 작동 원리

이러한 수학적 모델은 메모리 (ZU), 산술 논리 장치 (ALU), 제어 장치 및 입력 및 출력 장치로 구성됩니다. 모든 프로그램 명령은 이웃에 위치한 메모리 셀에 기록되며 처리를위한 데이터는 임의의 셀에 있습니다.

모든 팀은 다음으로 구성되어야합니다.

• 수행해야 할 작업을 지정하십시오.
• 특정 동작에 의해 영향을받은 원래의 데이터가 저장된 메모리 셀의 어드레스;
• 결과가 기록되어야하는 세포의 주소.

특정 초기 데이터에 대한 명령에 의해 지시 된 동작은 ALU에 의해 수행되고, 그 결과는 메모리 셀에 기록된다. 즉, 후속 가공에 편리한 형태로 저장되거나 출력 장치 (모니터, 프린터 등)로 전송되어 사람이 이용할 수있다.

CU는 컴퓨터의 모든 부분을 제어합니다. 이 장치에서 다른 장치로 신호를 받으면 "할 일"을 주문하고 다른 장치에서는 어떤 상태에 있는지에 대한 정보를받습니다.

제어 장치에는 SC의 "명령 카운터"라는 특수 레지스터가 있습니다. 소스 데이터와 프로그램을 메모리에로드 한 후 SC는 첫 번째 명령의 주소를 기록합니다. UC는 주소가 SC에있는 컴퓨터의 메모리에서 셀의 내용을 읽고이를 "명령 레지스터"에 저장합니다. 제어 장치는 특정 명령에 해당하는 작업을 결정하고 주소가 표시된 데이터를 컴퓨터 메모리에 "표시"합니다. 또한, ALU 또는 컴퓨터 하드웨어 는 동작으로 진행 한 후, SC의 내용이 1로 변경되고, 즉 다음 명령을 지시한다.

비판

폰 노이만 건축의 단점과 현대적 관점은 계속 논의의 대상이되고 있습니다. 이 탁월한 과학자에 의해 발전된 원리로 만들어진 기계가 완벽하지 않다는 사실은 아주 오래전에 발견되었습니다.

그러므로 컴퓨터 과학 시험 티켓에서 종종 "폰 노이만의 아키텍처가 어떤 원리에 상응하지 않으며 어떤 단점이 있는지"라는 질문을 찾을 수 있습니다.

두 번째 부분에 답할 때 다음을 표시해야합니다.

• 고급 프로그래밍 언어와 명령 시스템 사이의 의미 적 차이가 존재하기 때문에;
• OP와 프로세서의 대역폭을 일치시키는 문제.
• 신흥 소프트웨어 위기에서, 그 창작 비용은 하드웨어 개발 비용보다 훨씬 낮으며, 프로그램을 완전히 테스트 할 가능성은 없다.
• 그것의 이론적 인 한계가 이미 도달했기 때문에, 속도의 점에서 장래성의 부족.

어떤 원리가 폰 노이만의 아키텍처와 일치하지 않는지에 관해서는 다중 프로세서 아키텍처에 내재 된 다수의 데이터 스트림과 명령의 병렬 구성에 대해 이야기하고 있습니다.

결론

이제 폰 노이만 건축이 무엇인지 알 수 없습니다. 분명히 과학과 기술은 여전히 존재하지 않으며, 아마도 곧 새로운 유형의 컴퓨터가 모든 집에 나타날 것입니다. 덕분에 인류는 새로운 발전 수준에 도달하게 될 것입니다. 그런데 시험 준비는 "Architecture von Neumann"훈련 프로그램에 도움이 될 것입니다. 이러한 디지털 교육 자원은 자료의 학습을 용이하게하고 지식을 평가할 수있는 기회를 제공합니다.