alt=|mini|Šematski prikaz Von Neumannove arhitekture Von Neumannova arhitektura, poznata i kao von Neumannov model ili Princeton arhitektura je računarska arhitektura zasnovana na opisu matematičara i fizičara Johna von Neumanna iz 1945. godine u Prvom nacrtu izvještaja o EDVAC-u. Taj dokument opisuje dizajn arhitekture za elektronski digitalni kompjuter sa ovim komponentama:
Procesorska jedinica za obradu koja sadrži aritmetičku logičku jedinicu i procesorske registre Upravljačka jedinica koja sadrži instrukcijski registar i programski brojač Memorija koja pohranjuje podatke i instrukcije Disk za pohranu Ulazno/izlazni mehanizmi
Izraz "von Neumannova arhitektura" se danas odnosi na svaki računar koji 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 Neumannovo usko grlo i često ograničava performanse sistema.
Dizajn ove 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 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".
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
ARC2 (Birkbeck, Univerzitet u Londonu) 12. maj 1948. Manchester Baby (Univerzitet Victoria u Manchesteru, Engleska) 21. juni 1948. EDSAC (Univerzitet u Cambridgeu, Engleska) maj 1949 Manchester Mark 1 (Univerzitet u Manchesteru, Engleska) juni 1949 CSIRAC, Australija, novembar 1949. EDVAC, 1951 ORDVAC, novembar 1951 IAS mašina na Univerzitetu Princeton, januar 1952 MANIAC I, mart 1952. ILLIAC, septembar 1952. BESM-1 u Moskvi, 1952 BESK u Štokholmu, 1953 JOHNNIAC, Izrael, januar 1954. DASK u Danskoj, 1955. PERM u Minhenu, 1956.?
Evolucija mini| 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. Jedna sistemska sabirnica se može koristiti za pružanje modularnog sistema. To se ponekad naziva "moderniziranje" arhitekture. 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
Von Neumannovo usko grlo 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:
Procesorska keš memorija (cache) između CPU-a i glavne memorije korištenje algoritama i logike za predviđanje grananja. Smanjenje latencije između procesorskih registara i glavne memorije, pružajući veću lokalnost referenci pojava koja opisuje istu vrijednost, ili odgovarajuće lokacije za skladištenje kojima se često pristupa
Problem se može donekle zaobići i paralelnim sistemima, koristeći na primjer, NUMA arhitekturu ovaj pristup se obično koristi kod superračunara.
Također pogledajte
Mašina sa slučajnim pristupom Turing mašina Neuromorfni inženjering Eckert arhitektura
Reference
Vanjski linkovi
Harvard protiv von Neumanna Alat koji oponaša ponašanje von Neumannove mašine JOHNNY: Jednostavan simulator otvorenog koda von Neumannove mašine za obrazovne svrhe
Kategorija:Neriješeni problemi Kategorija:Računarska arhitektura