Quel est le principe de l'architecture de von Neumann? Comment fonctionne la machine de von Neumann?

Aujourd'hui, il est difficile de croire, mais les ordinateurs, sansdont beaucoup ne peuvent plus imaginer leur vie, est apparue il y a seulement 70 ans. Le scientifique américain John von Neumann est l'un de ceux qui ont contribué de manière décisive à leur création. Il a proposé les principes sur lesquels la plupart des ordinateurs fonctionnent encore aujourd'hui. Considérez le fonctionnement de la machine von Neumann.

Brève notice biographique

Janos Neiman est né en 1930 à Budapest, enune famille juive très riche, qui a par la suite réussi à obtenir le titre de noble. Dès son enfance, il s'est distingué pour ses capacités exceptionnelles dans tous les domaines. À l'âge de 23 ans, Neiman avait déjà soutenu sa thèse de doctorat en physique expérimentale et en chimie. En 1930, un jeune scientifique a été invité à travailler aux États-Unis, à l’Université de Princeton. Simultanément, Neiman est devenu l'un des premiers employés de l'Institute for Advanced Studies, où il a travaillé comme professeur jusqu'à la fin de sa vie. Les intérêts scientifiques de Neumann étaient très étendus. En particulier, il est l'un des créateurs des mathématiques de la mécanique quantique et du concept des automates cellulaires.

Contribution à l'informatique

Avant de découvrir quel principe ne correspond pas à l'architecture de von Neumann, il sera intéressant d'apprendre comment le scientifique a eu l'idée de créer un ordinateur moderne.

Être un expert en mathématiques des explosions etondes de choc, au début des années 1940, von Neumann était consultant scientifique dans l'un des laboratoires du United States Army Ammunition Office. À l'automne 1943, il est arrivé à Los Alamos pour participer au développement du projet Manhattan, à l'invitation de son chef, Robert Oppenheimer. Avant lui était la tâche de calculer la force de compression par implosion de la charge de la bombe atomique à la masse critique. Pour le résoudre, de gros calculs ont été nécessaires, qui ont d'abord été effectués sur des calculatrices manuelles, puis sur des tabulatrices mécaniques d'IBM, à l'aide de cartes perforées.

Von Neumann a pris connaissance des informations sur le parcourscréation d'ordinateurs électro-mécaniques et entièrement électroniques. Bientôt, il a été attiré par le développement des ordinateurs EDVAC et ENIAC, entraînant le travail qu'il a commencé à écrire « Le premier projet de rapport sur la EDVAC», est restée inachevée, dans laquelle il a présenté à la communauté scientifique une idée entièrement nouvelle, ce qui devrait être l'architecture informatique.

Les principes de Von Neumann

L'informatique en tant que science en 1945 était dans l'impasse,puisque tous les ordinateurs stockés dans leur mémoire traitaient les nombres dans le 10ème formulaire et que les programmes pour effectuer les opérations étaient définis en installant des cavaliers sur le panneau de brassage.

Cela limitait grandement les possibilitésles ordinateurs. Les principes de von Neumann ont été une percée. En bref, ils peuvent être exprimés en une phrase: le passage au système de nombres binaires et le principe du programme stocké.

Analyse

Considérons les principes sur lesquels est basée la structure classique de la machine de von Neumann, plus en détail:

1. Transition vers binaire à partir de décimal

Ce principe de l'architecture Neumann permet d'utiliser des dispositifs logiques plutôt simples.

2. Ordinateur électronique de contrôle de logiciel

Le fonctionnement de l'ordinateur est contrôlé par un ensemble de commandes exécutées séquentiellement les unes après les autres. Le développement des premières machines avec un programme stocké en mémoire a marqué le début de la programmation moderne.

3. Les données et les programmes de la mémoire de l'ordinateur sont stockés ensemble.

En même temps, les commandes de données et de programme ont la même manière d'écrire dans le système de nombres binaires. Par conséquent, il est possible dans certaines situations d'effectuer les mêmes actions que sur les données.

Conséquences

De plus, l'architecture de la machine Fonneyman possède les caractéristiques suivantes:

1. Les cellules de mémoire ont des adresses numérotées séquentiellement.

Grâce à l'application de ce principe, il est devenu possible d'utiliser des variables en programmation. En particulier, vous pouvez à tout moment faire référence à une cellule de mémoire particulière à son adresse.

2. La possibilité d'une transition conditionnelle au cours du programme

Comme déjà mentionné, les commandes dans les programmes doivent être exécutées séquentiellement. Cependant, il est possible d'effectuer la transition vers n'importe quelle partie du code.

Comment fonctionne la machine de von Neumann

Un tel modèle mathématique consiste enmémoire (mémoire), unité arithmétique et logique (ALU), contrôle ainsi que dispositifs d’entrée et de sortie. Toutes les commandes du programme sont enregistrées dans les cellules de mémoire situées dans le voisinage et les données nécessaires à leur traitement - dans des cellules arbitraires.

Toute équipe doit être composée de:

• en spécifiant quelle opération doit être effectuée;
• adresses des cellules de mémoire dans lesquelles sont stockées les données source affectées par l'opération spécifiée;
• adresses des cellules dans lesquelles écrire le résultat.

Opérations spécifiées sur des équipes spécifiquesLes données source sont exécutées par l'ALU et les résultats sont enregistrés dans des cellules de mémoire, c'est-à-dire stockées sous une forme adaptée à un usinage ultérieur, ou transférées vers un périphérique de sortie (moniteur, imprimante, etc.) et mises à la disposition des humains.

WU contrôle toutes les parties de l'ordinateur. Les signaux "que faire" sont envoyés à d'autres périphériques par lui, et reçoivent d'autres informations sur l'état dans lequel ils se trouvent.

Le dispositif de contrôle a une spécialeregistre, appelé "compteur de commandes" SC. Après avoir chargé les données source et le programme en mémoire, le SC enregistre l'adresse de sa 1ère commande. La commande lit le contenu de la cellule dont l’adresse se trouve dans le CS de la mémoire de l’ordinateur et le place dans le «Registre de commandes». Le dispositif de commande détermine l'opération correspondant à une commande spécifique et «note» dans la mémoire de l'ordinateur les données dont les adresses sont indiquées. Ensuite, l’ALU ou le matériel de l’ordinateur procède à une opération, à la suite de quoi le contenu du SC est remplacé par un, c’est-à-dire qu’il pointe vers la commande suivante.

Critique

Inconvénients et perspectives de l'architecture modernevon Neumann continue d’être un sujet de débat. Le fait que les machines créées sur les principes avancés par ce scientifique exceptionnel ne soient pas parfaits a été remarqué il y a longtemps.

Par conséquent, dans les dossiers d’examen en informatique, on peut souvent se poser la question «À quel principe l’architecture de von Neumann ne correspond-elle pas et quels sont ses inconvénients»

Lorsque vous répondez à la deuxième partie, vous devez absolument indiquer:

• la présence d'un écart sémantique entre les langages de programmation de haut niveau et le jeu d'instructions;
• sur le problème de l'adaptation de la RAM et de la bande passante du processeur;
• sur la crise logicielle émergente,du fait que le coût de sa création est bien inférieur au coût de développement du matériel et qu’il n’ya aucune possibilité de tester complètement le programme;
• manque de perspectives du point de vue de la vitesse, puisque sa limite théorique est déjà atteinte.

Quant à quel principe n'est pascorrespond à l’architecture de von Neumann, on parle alors de l’organisation parallèle d’un grand nombre de flux de données et de commandes, typique d’une architecture multi-processeurs.

Conclusion

Maintenant vous savez quel principe n'est pascorrespond à l'architecture de von Neumann. De toute évidence, la science et la technologie ne sont pas en reste, et peut-être que très bientôt dans chaque maison vont apparaître des ordinateurs d'un type complètement nouveau, grâce auxquels l'humanité atteindra un nouveau niveau de développement. À propos, le simulateur d’architecture von Neumann vous aidera à vous préparer à l’examen. Ces ressources pédagogiques numériques facilitent l'apprentissage et offrent l'occasion d'évaluer leurs connaissances.