Von Neumannova arhitektura

uticajna računarska arhitektura
Šematski[mrtav link] prikaz Von Neumannove arhitekture

Von Neumannova arhitektura - poznata i kao von Neumannov model ili Princeton arhitektura - jest računarska arhitektura zasnovana na opisu matematičara i fizičara Johna von Neumanna iz 1945. godine u Prvom nacrtu izvještaja o EDVAC-u.[1] Taj dokument opisuje dizajn arhitekture za elektronski digitalni kompjuter sa ovim komponentama:

Izraz "von Neumannova arhitektura" se danas odnosi na svaki računar kojie sprema programske instrukcije u elektronsku memoriju u kojoj se instrukcijski ciklus i podatkovna operacija ne mogu desiti u istom momentu jer dijele zajedničku sabirnicu . To se naziva von Neumann-ovo usko grlo i često ograničava performanse sistema.[3]

Dizajn von Neumannove arhitekture je jednostavniji od harvardske arhitektonske mašine - koji je također sistem pohranjenog programa, ali ima jedan namjenski skup adresa i podatkovnih sabirnica za čitanje i pisanje u memoriju, te drugi skup adresa i podatkovnih sabirnica za dohvaćanje instrukcija.

Digitalni računar pohranjenog programa čuva i programske upute i podatke u memoriji sa nasumičnim pristupom (RAM) za čitanje i pisanje. Računari sa pohranjenim programom bili su napredak nad računarima iz 1940-ih, poput Colossus-a i ENIAC-a. Oni su programirani postavljanjem prekidača i umetanjem kablova za usmjeravanje podataka i upravljačkih signala između različitih jedinica.

SposobnostiUredi

U velikoj mjeri, sposobnost tretiranja uputa kao podataka je omogućilo asemblere, kompajlere, linkere, loadere i druge alate za automatsko programiranje. Omogućava "programe koji pišu programe".[4]

Neki programski jezici visokog nivoa utiču na von Neumannovu arhitekturu tako što pružaju apstraktni, mašinski nezavisan način manipulacije izvršnim kodom pri izvođenju (npr. LISP).

Rani računari von Neumannove arhitektureUredi

EvolucijaUredi

 
Evolucija arhitekture sa jednom sistemskom sabirnicom

Između 1960-ih i 1970-ih računari su uglavnom postali i manji i brži, što je dovelo do evolucije u njihovoj arhitekturi. Na primjer, memorijski mapirani ulazno/izlazni uređaji se mogu tretirati isto kao i memorija.[7] Jedna sistemska sabirnica se može koristiti za pružanje modularnog sistema. To se ponekad naziva "moderniziranje" arhitekture.[8] U sljedećim desetljećima, jednostavniji mikrokontroleri su često izostavljali neke mogućnosti zbog smanjivanja troškova ili veličine uređaja. S druge strane, veći računari dodavali mogućnosti za veće performanse.

Ograničenja dizajnaUredi

Von Neumannovo usko grloUredi

Dijeljena sabirnica između programske memorije i podatkovne memorije dovodi do von Neumannova uskog grla, ograničene propusnosti (brzina prenosa podataka) između centralnog procesora (CPU) i memorije u odnosu na količinu memorije. Procesor je stalno prisiljen čekati da potrebni podaci pređu u memoriju ili iz nje.

Postoji nekoliko poznatih metoda za ublažavanje uskog grla. Na primjer, sljedeće stvari mogu poboljšati performanse:

Problem se može donekle zaobići i paralelnim sistemima, koristeći na primjer, NUMA arhitekturu —​ ovaj pristup se obično koristi kod superračunara.

Također pogledajteUredi

ReferenceUredi

  1. ^ a b First Draft of a Report on the EDVAC (PDF), 1945, arhivirano s originala (PDF), 14. 3. 2013, pristupljeno 24. 8. 2011
  2. ^ Ganesan 2009
  3. ^ The Von Neumann Bottleneck, 2007, arhivirano s originala, 12. 12. 2013
  4. ^ MFTL (My Favorite Toy Language) entry Jargon File 4.4.7, pristupljeno 11. 7. 2008
  5. ^ "The Development of Computer Programming in Britain (1945 to 1955)". IEEE Annals of the History of Computing. 4 (2): 121–139. april 1982. doi:10.1109/MAHC.1982.10016.
  6. ^ Illiac Design Techniques, report number UIUCDCS-R-1955-146, Digital Computer Laboratory, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1955
  7. ^ "A New Architecture for Mini-Computers—The DEC PDP-11" (PDF), Spring Joint Computer Conference, str. 657–675, 1970
  8. ^ The essentials of computer organization and architecture (3rd izd.), Jones & Bartlett Learning, 2010, str. 36, 199–203, ISBN 978-1-4496-0006-8

Vanjski linkoviUredi