Von Neumannova arhitektura

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
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.

Sposobnosti[uredi | uredi izvor]

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 arhitekture[uredi | uredi izvor]

Evolucija[uredi | uredi izvor]

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 dizajna[uredi | uredi izvor]

Von Neumannovo usko grlo[uredi | uredi izvor]

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 pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  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 linkovi[uredi | uredi izvor]