Kif sirtqi Guruh 022-20

KIF sirtqi
Guruh 022-20
Musaxodjayeva N.

Mavzu: Fon Neyman arxitekturasini o’rganish

• 
  Fon Neyman tamoyillari va ularga asoslangan birinchi kompyuterlari
  
• 
  Yangi arxitekturaga ega birinchi Amerika kompyuteri
  

1946 yilda amerikalik olim Herman Goldshteyn matematik Jon fon Neymanning "Elektron hisoblash qurilmasining mantiqiy dizaynini dastlabki ko'rib chiqish" ma'ruzasini nashr etdi. Ma'ruza muallifi kompyuterlarning barcha keyingi avlodlari arxitekturasi uchun asos bo'lgan tamoyillarni belgilab berdi

Kompyuter xotirasi yacheykalardan iborat bo'lib, ularning har biriga raqam - manzil berilgan. Yacheykalarning har biri istalgan vaqtda kompyuterda mavjud bo'lib, u manzilda uning mazmuniga murojaat qilishi mumkin.
Kompyuter xotirasi ma'lumotlarni saqlash uchun ham, dasturlarni saqlash uchun ham ishlatiladi. Buyruqlar va raqamlar ikkilik sanoq sistemasida kodlangan. Siz raqamlardagi kabi buyruqlar ustida bir xil amallarni bajarishingiz mumkin. Tajriba shu tamoyilga asoslanadi - dastur matnini yuqori darajadagi tildan ma'lum bir kompyuter tiliga tarjima qilish.
Kompyuterda ketma-ket xotira joylarida saqlanadigan ko'rsatmalardan iborat dastur tomonidan boshqariladi. Har bir buyruq kompyuterda mavjud bo'lgan operatsiyalar to'plamidan operatsiyani bajaradi.
Kompyuter buyruqlarni ketma-ket - birinchisidan oxirgisigacha, dasturdagi tartib bo'yicha bajaradi. Ushbu tartibni hisob-kitoblar natijalariga qarab maxsus buyruqlar yordamida o'zgartirish mumkin.


1-rasm Fon neyman arxitekturasi
Tarixdagi birinchi elektron kompyuter ENIAC bo'lib, 1946 yilda AQShning Pensilvaniya universitetida qurilgan: 18 000 vakuum trubkasi bilan quvvatlanadigan 30 tonnalik ulkan qurilma. Hisob-kitoblar o'nlik tizimda amalga oshirildi, bu esa kompyuterni sezilarli darajada sekinlashtirdi va chiroqning haddan tashqari oshishiga olib keldi.
ENIAC dasturlashtiriladigan emas, balki almashtiriladigan mashina edi - u platadan boshqarildi. Dasturni o'rnatish uchun simlarni maxsus tarzda ulash kerak edi: bu ko'p soatlar va hatto kunlar davom etishi mumkin edi.
ENIAC yaratuvchilari Ekkert va Mauchli uning kamchiliklarini ko'rdilar, shuning uchun ular 1943 yilda elektron kompyuterning takomillashtirilgan modelini loyihalashni boshladilar - ha, o'sha paytda ular ENIACni ham tugatmaganlar. Kelajakdagi kompyuter EDVAC (ingliz tilidan. Electronic Discrete Variable Automatic Computer) deb nomlangan. Ish qat'iy tasniflangan.



Kompyuter arxitekturasiuning qandaydir umumiy darajada ifodalanishi, jumladan, foydalanuvchi dasturlash imkoniyatlarining tavsifi, buyruq tizimlari, manzillash tizimlari, xotirani tashkil etish va hokazolar ko'rib chiqiladi. Arxitektura ishlash tamoyillarini belgilaydi, ma'lumot havolalari va asosiyning o'zaro bog'lanishi mantiqiy tugunlar kompyuter: protsessor, tasodifiy kirish xotirasi (RAM, OP), tashqi xotira va tashqi qurilmalar.
JKompyuter arxitekturasining komponentlari quyidagilardir: hisoblash va mantiqiy imkoniyatlar, apparat va dasturiy ta'minot.
Kompyuter tuzilishi uning funksional elementlari va ular orasidagi bog‘lanishlar yig‘indisidir. Elementlar eng tipik qurilmalar bo'lishi mumkin - kompyuterning asosiy mantiqiy tugunlaridan eng oddiy sxemalargacha. EHMning strukturasi grafik jihatdan blok-sxemalar ko‘rinishida tasvirlangan bo‘lib, ular yordamida uni istalgan darajadagi detallarda tasvirlash mumkin.
Kompyuterning arxitekturasini uning tuzilishidan farqlash kerak. Struktura kompyuterni tashkil etuvchi qurilmalar, bloklar, tugunlarning ma'lum bir to'plamini belgilaydi, arxitektura esa kompyuterning tarkibiy qismlarining o'zaro ta'siri qoidalarini belgilaydi.
Fon Neymanning tamoyillari (arxitekturasi).. Ko'pgina kompyuterlarning qurilishi 1945 yilda amerikalik olim Jon fon Neyman tomonidan ishlab chiqilgan quyidagi umumiy tamoyillarga asoslanadi.
1. Dasturni boshqarish printsipi. Bundan kelib chiqadiki, dastur protsessor tomonidan ma'lum ketma-ketlikda birin-ketin avtomatik ravishda bajariladigan ko'rsatmalar to'plamidan iborat.
Dastur xotiradan dastur hisoblagichi yordamida olinadi. Ushbu protsessor registri ketma-ketlikda unda saqlangan keyingi ko'rsatmaning manzilini ko'rsatma uzunligi bo'yicha oshiradi. Dastur ko'rsatmalari xotirada birin-ketin joylashganligi sababli, ketma-ket joylashgan xotira kataklaridan ko'rsatmalar zanjirini tanlash tashkil etiladi.
Bitta buyruqning tuzilishi quyidagicha:
<код операции> <операнды>,
qayerda<код операции>qaysi operatsiyani bajarish kerakligini belgilaydi;
<операнды>- berilgan operatsiya bajariladigan doimiylar, manzillar yoki o'zgaruvchilar nomlarining ro'yxati (ehtimol singleton).
Operandlar soniga qarab bir, ikki va uch manzilli mashina ko'rsatmalari farqlanadi. Har bir buyruq baytlarda o'lchanadigan ma'lum miqdorga ega.
2. Shartli o'tish tamoyili. Agar buyruqni bajarganingizdan so'ng, keyingisiga emas, balki boshqasiga o'tishingiz kerak bo'lsa, buyruqlar hisoblagichiga keyingi buyruqni o'z ichiga olgan xotira katakchasining raqamini kiritadigan shartli yoki shartsiz o'tish (tarmoqlanish) buyruqlari qo'llaniladi. Xotiradan buyruqlarni olish "to'xtatish" buyrug'iga etib borgandan va bajarilgandan so'ng to'xtaydi.
Shunday qilib, protsessor dasturni avtomatik ravishda, inson aralashuvisiz bajaradi.
3. Xotiraning bir xilligi prinsipi. Dasturlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi. Shuning uchun kompyuter berilgan xotira katakchasida saqlanadigan narsalarni - raqam, matn yoki buyruqni farqlamaydi. Siz ma'lumotlardagi kabi buyruqlarda bir xil amallarni bajarishingiz mumkin. Bu barcha imkoniyatlarni ochib beradi. Masalan, dastur bajarilishi davomida qayta ishlashdan ham o'tishi mumkin, bu esa dasturning o'zida uning ba'zi qismlarini olish qoidalarini o'rnatish imkonini beradi (dasturda tsikllar va quyi dasturlarning bajarilishi shunday tashkil etilgan). Bundan tashqari, bitta dasturning buyruqlari boshqa dasturning bajarilishi natijalari sifatida olinishi mumkin. Tarjima usullari ushbu tamoyilga asoslanadi - dastur matnini yuqori darajadagi dasturlash tilidan ma'lum bir mashina tiliga tarjima qilish.
4. Dasturni xotiraga joylashtirish printsipi. Kompyuterning ishlashi uchun zarur bo'lgan dastur avval kompyuter xotirasiga joylashtiriladi va buyruqdan keyin buyruq kiritilmaydi.
5. Maqsadlilik tamoyili. Strukturaviy jihatdan asosiy xotira qayta raqamlangan hujayralardan iborat; har qanday hujayra istalgan vaqtda protsessor uchun mavjud. Shunday qilib, xotira sohalariga nom berish mumkin, shunda ularda saqlangan qiymatlarga keyinchalik kirish yoki tayinlangan nomlar yordamida dasturlarni bajarish paytida o'zgartirish mumkin.
6. Xotira ierarxiyasi prinsipi. Kompyuter xotirasi heterojendir. Tez-tez foydalaniladigan ma'lumotlar kichikroq, lekin tezroq xotiraga ajratiladi; kamdan-kam ishlatiladigan ma'lumotlar uchun ko'proq xotira ajratiladi, lekin kamroq ishlash.
7. Ikkilik sanoq sistemasining ishlash printsipi. Kompyuter xotirasida ma'lumotlar va dasturlarni ichki tasvirlash uchun ikkilik sanoq tizimi qo'llaniladi, uni amalga oshirish texnik jihatdan osonroq bo'lishi mumkin.

Ushbu tamoyillar asosida qurilgan kompyuterlar fon Neyman tipidagidir. Fon Neymannikidan tubdan farq qiladigan boshqa kompyuter sinflari ham mavjud. Bu erda, masalan, dasturni boshqarish printsipi bajarilmasligi mumkin, ya'ni. ular bajarilayotgan dastur ko'rsatmasiga ishora qiluvchi dastur hisoblagichi (manzil registri)siz ishlashi mumkin. Xotirada saqlangan o'zgaruvchiga murojaat qilish uchun bu kompyuterlar unga nom berishlari shart emas. Bunday kompyuterlar fon Neyman bo'lmagan kompyuterlar deb ataladi.

2-rasm EDSAC в Кембридже

Dastlab, barcha dasturlar nol va birlarning uzun ketma-ketligi edi: 1 – chiroq yoqilgan, 0 – o'chirilgan. Professor Uilks buyruqlarni yozishning qulayroq usullarini topdi – harflar va qisqa inglizcha so’zlardan foydalangan holda, masalan:

S – “ayirish”;

T – “axborotni xotiraga o’tkazish”;
Z – “mashinani to’xtating” va hokazo.
Shunday qilib, birinchi marta EDSAC uchun isplay opkodlar va assembler tarjimoni ishlab chiqilgan.

Yana bir muhim yangilik subprogrammalar kutubxonasini ishlab chiqish edi. Dasturchilar kontseptsiya bilan allaqachon tanish edilar – Greys Xopper va uning hamkasblari Garvard mashinasida pastki dasturlardan foydalanganlar. To‘g‘ri, ularni har safar qayta tuzmaslik uchun daftarlarga yozib qo‘yishdi.

EDSAC kichik dasturlarni xotirada saqlash va agar kerak bo’lsa, ularni allaqachon ishlayotgan dasturlarga kiritish imkoniyatini taqdim etdi. Buning uchun ularni qisqa buyruq bilan xotiradan chaqirish kifoya edi.

Uilks operatsiyalar mnemonikasini va quyi dasturlar kutubxonasini “yig’ish tizimi” (inglizcha yig’ish tizimidan) deb atagan – axir u isplay kodlar va pastki dasturlardan mashina tilida dastur yig’gan.

Bugungi kunda isplay operatsiyalar nomlari individual mashina ko’rsatmalariga mos keladigan dasturlash tillari montaj tillari deb ataladi va Moris Uilks birinchi shunday tillardan birini yaratuvchisi hisoblanadi.

Britaniya hukumatining buyrug’i bilan EDSAC yadro sinovlari hisob-kitoblarini amalga oshirdi. Kembrij universiteti undan nazariy kimyo, radioastronomiya va boshqa ilmiy muammolar sohasidagi hisob-kitoblar uchun foydalangan. Misol uchun, EDSAC yordamida o’sha paytdagi eng isp tub sonni – 79-raqamni hisoblash mumkin edi. Bu vazifa uchun bir qator dasturlar yozildi: kompleks sonlar va suzuvchi nuqtali raqamlar bilan hisob-kitoblar, vektorlar, matritsalar, isplayetric funksiyalarni hisoblash uchun.

1951 yilda EDSAC uchun birinchi interaktiv kompyuter o’yini – OXO, o’ziga xos tic-tac-toe uchun yozilgan. Buning uchun katod nurlari trubkasi asosidagi kichik isplay kompyuterga ulangan.

3- rasm (x 0) oyini dasturi

Zamonaviy kompyuterlardagi boshqaruv moslamasi va arifmetik mantiq birligi bir birlikka birlashtirilgan - xotiradan va tashqi qurilmalardan keladigan ma'lumotlarni o'zgartiruvchi protsessor (bu xotiradan buyruqlarni olish, kodlash va dekodlash, turli xil operatsiyalarni bajarish, shu jumladan arifmetik , kompyuter tugunlarining ishlashini muvofiqlashtirish). Protsessorning vazifalari quyida batafsilroq ko'rib chiqiladi.

Xotira (xotira) axborot (ma'lumotlar) va dasturlarni saqlaydi. Zamonaviy kompyuterlarning saqlash qurilmasi "darajali" bo'lib, kompyuter ma'lum bir vaqtda to'g'ridan-to'g'ri ishlaydigan ma'lumotlarni (bajariladigan dastur, u uchun zarur bo'lgan ba'zi ma'lumotlar, ba'zi boshqaruv dasturlari) saqlaydigan tasodifiy kirish xotirasini (RAM) o'z ichiga oladi. ) va tashqi xotira qurilmalari (OVD). ) operativ xotiradan ancha katta. lekin sezilarli darajada sekinroq kirish bilan (va saqlangan ma'lumotlarning bir bayti uchun ancha past narx). Xotira qurilmalarining tasnifi RAM va VZU bilan tugamaydi - ma'lum funktsiyalar SRAM (super tezkor xotira) va ROM (faqat o'qish uchun xotira) va kompyuter xotirasining boshqa kichik turlari tomonidan amalga oshiriladi.
Ta'riflangan sxema bo'yicha qurilgan kompyuterda buyruqlar xotiradan ketma-ket o'qiladi va bajariladi. Keyingi xotira katagining raqami (manzili). undan keyingi dastur buyrug'i olinadigan maxsus qurilma - boshqaruv blokidagi buyruqlar hisoblagichi tomonidan ko'rsatiladi. Uning mavjudligi ham ko'rib chiqilayotgan arxitekturaning xarakterli xususiyatlaridan biridir.
Fon Neyman tomonidan ishlab chiqilgan hisoblash qurilmalari arxitekturasining asoslari shunchalik fundamental bo'lib chiqdiki, ular adabiyotda "fon Neyman arxitekturasi" nomini oldi. Hozirgi kunda kompyuterlarning katta qismi fon Neyman mashinalaridir. Faqatgina istisnolar parallel hisoblash uchun tizimlarning ayrim turlari bo'lib, ularda dastur hisoblagichi mavjud emas, o'zgaruvchining klassik kontseptsiyasi amalga oshirilmaydi va klassik modeldan boshqa muhim fundamental farqlar mavjud (misollar oqim va reduktsiyali kompyuterlar).
Ko'rinishidan, fon Neyman arxitekturasidan sezilarli og'ish beshinchi avlod mashinalari g'oyasini ishlab chiqish natijasida yuzaga keladi, bunda ma'lumotlarni qayta ishlash hisob-kitoblarga emas, balki mantiqiy xulosalarga asoslanadi.