Сьогодні важко повірити, але комп'ютери, без яких багато хто вже не може уявити своє життя, з'явилися всього якихось 70 років тому. Одним із тих, хто зробив вирішальний внесок у їхнє створення, був американський вчений Джон фон Нейман. Він запропонував принципи, у яких і до сьогодні працює більшість ЕОМ. Розглянемо як працює машина фон Неймана.
Коротка біографічна довідка
Янош Нейман народився 1930 року в Будапешті, в дуже заможній єврейській сім'ї, якій згодом вдалося здобути дворянський титул. Він з дитинства вирізнявся визначними здібностями у всіх областях. У 23 роки Нейман вже захистив кандидатську дисертацію в галузі експериментальної фізики та хімії. У 1930-му молодого вченого запросили на роботу в США, водночас Нейман став одним із перших співробітників Інституту перспективних досліджень, де пропрацював професором до кінця життя. Наукові інтереси Неймана були досить великі. Зокрема, він є одним із творців матапарату квантової механіки та концепції клітинних автоматів.
Внесок в інформатику
Перш ніж з'ясувати, якому принципу відповідає архітектура фон Неймана, буде цікаво дізнатися у тому, як учений дійшов ідеї створення обчислювальної машини сучасного типу.
Будучи експертом з математики вибухів і ударних хвиль, на початку 1940-х фон Нейман був науковим консультантом в одній з лабораторій Управління боєприпасів Армії Сполучених Штатів. Восени 1943 року він прибув до Лос-Аламос для участі в розробці Манхеттенського проекту на особисте запрошення його керівника. Перед ним було поставлено завдання розрахувати силу імплозійного стиснення заряду атомної бомби до критичної маси. Для її вирішення були потрібні великі обчислення, які спочатку здійснювалися на ручних калькуляторах, а пізніше на механічних табуляторах фірми IBM, з використанням перфокарт.
Ознайомився з інформацією про хід створення електронно-механічних та повністю електронних комп'ютерів. Незабаром його залучили до розробки комп'ютерів EDVAC і ENIAC, в результаті чого він почав писати роботу «Перший проект звіту про EDVAC», що залишилася незакінченою, в якій представив науковому співтовариству нову ідею про те, якою має бути комп'ютерна архітектура.
Принципи фон Неймана
Інформатика як наука до 1945 року зайшла в глухий кут, тому що всі зберігали в своїй пам'яті оброблювані числа в 10-му вигляді, а програми для здійснення операцій задавалися за допомогою установки перемичок на комутаційній панелі.
Це значно обмежувало можливості комп'ютерів. Справжнім проривом стали засади фон Неймана. Коротко їх можна висловити однією пропозицією: перехід до двійкової системи числення та принцип програми, що зберігається.
Аналіз
Розглянемо, яких принципах заснована класична структура машини фон Неймана, докладніше:
1. Перехід до двійкової системи від десятирічної
Цей принцип неймановської архітектури дозволяє використовувати досить прості логічні устрою.
2. Програмне керування електронною обчислювальною машиною
Робота ЕОМ контролюється набором команд, що виконуються послідовно один за одним. Розробка перших машини з програмою, що зберігається в пам'яті, започаткувала сучасне програмування.
3. Дані та програми в пам'яті комп'ютера зберігаються спільно
При цьому і дані, і команди програми мають однаковий спосіб запису в двійковій системі числення, тому в певних ситуаціях над ними можливе виконання тих самих дій, що над даними.
Наслідки
Крім того, архітектура Фоннейманівської машини має такі особливості:
1. Осередки пам'яті мають адреси, які пронумеровані послідовно
Завдяки застосуванню цього принципу стало можливим використання змінних програмування. Зокрема, у будь-який момент можна звернутися до того чи іншого осередку пам'яті на її адресу.
2. Можливість умовного переходу під час виконання програми
Як було зазначено, команди у програмах повинні виконуватися послідовно. Однак передбачена можливість зробити перехід до будь-якої ділянки коду.
Як працює машина фон Неймана
Така математична модель складається з пам'яті (ЗУ), керуючого, а також пристроїв введення та виведення. Усі команди програми записуються в осередках пам'яті, розташованих поруч, а дані їхньої обробки — у довільних осередках.
Будь-яка команда повинна складатися з:
- вказівки, яка операція має бути виконана;
- адрес осередків пам'яті, в яких зберігаються вихідні дані, що зачіпаються зазначеною операцією;
- адрес осередків, у які слід записати результат.
Вказані командами операції над конкретними вихідними даними виконуються АЛУ, а результати записуються в осередках пам'яті, тобто зберігаються у вигляді, зручному для подальшої машинної обробки, або передаються на пристрій виведення (монітор, принтер тощо) і стають доступними людині.
УУ управляє усіма частинами ЕОМ. Від нього на інші пристрої надходять сигнали-накази «що робити», а від інших пристроїв воно отримує інформацію про те, в якому стані вони знаходяться.
У пристрою є спеціальний регістр, званий «лічильником команд» СК. Після завантаження вихідних даних та програми на згадку про СК записується адреса її 1-ї команди. УУ зчитує з пам'яті ЕОМ вміст осередку, адреса якої перебуває у СК, і поміщає їх у «Регістр команд». Керуючий пристрій визначає операцію, яка відповідає конкретній команді, і «відзначає» у пам'яті комп'ютера дані, адреси яких у ній вказані. Далі АЛУ чи ЕОМ приступають до виконання операції, після завершення якої вміст СК змінюється на одиницю, тобто вказує на наступну команду.
Критика
Недоліки та сучасні перспективи залишаються предметом дискусій. Те, що машини, створені на принципах, висунутих цим видатним ученим, не досконалі, було помічено дуже давно.
Тому в екзаменаційних квитках з інформатики нерідко можна зустріти питання "якому принципу не відповідає архітектура фон Неймана та які недоліки у неї є".
При відповіді на другу частину обов'язково слід вказати:
- на наявність семантичного розриву між мовами програмування високого рівня та системою команд;
- на проблему узгодження ВП та пропускної спроможності процесора;
- на кризу програмного забезпечення, що намічається, викликана тим, що витрати на її створення є набагато нижчою за вартість розробки апаратних засобів, і немає можливості повного тестування програми;
- відсутність перспектив з погляду швидкодії, оскільки вже досягнуто його теоретичний ліміт.
Що стосується того, якому принципу не відповідає архітектура фон Неймана, то йдеться про паралельність організації великої кількості потоків даних та команд, властиву багатопроцесорній архітектурі.
Висновок
Тепер вам відомо, якому принципу відповідає архітектура фон Неймана. Очевидно, що наука і технології не стоять на місці, і, можливо, дуже скоро в кожному будинку з'являться комп'ютери нового типу, завдяки яким людство вийде на новий рівень свого розвитку. До речі, підготуватись до іспиту допоможе програма-тренажер "Архітектура фон Неймана". Такі цифрові освітні ресурси полегшують засвоєння матеріалу та дають змогу оцінити свої знання.
Архітектурою комп'ютеравважається його представлення на деякому загальному рівні, що включає опис можливостей користувача програмування, системи команд, системи адресації, організації пам'яті і т.д.Архітектура визначає принципи дії, інформаційні зв'язки та взаємне з'єднання основних логічних вузлів комп'ютера: процесора, оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП, ВП), зовнішніх ЗП та периферійних пристроїв.
Компонентами архітектури комп'ютерає: обчислювальні та логічні можливості, апаратні засоби та програмне забезпечення.
Структура комп'ютера- це сукупність його функціональних елементів та зв'язків між ними. Елементами можуть бути типові пристрої - від основних логічних вузлів комп'ютера до найпростіших схем. Структура комп'ютера графічно представляється як структурних схем, з допомогою яких можна дати його опис будь-якому рівні детализации.
Архітектуру комп'ютера слід відрізняти від його структури. p align="justify"> Структура визначає конкретний набір пристроїв, блоків, вузлів, що входять до складу комп'ютера, тоді як архітектура визначає правила взаємодії складових частин комп'ютера.
Принципи (архітектура) фон Неймана. В основу побудови більшості комп'ютерів покладено такі загальні принципи, сформульовані 1945 р. американським вченим Джоном фон Нейманом.
1. Принцип програмного управління. З нього випливає, що програма складається з набору команд, які виконуються процесором автоматично один за одним у певній послідовності.
Вибір програми з пам'яті здійснюється за допомогою лічильника команд. Цей регістр процесора послідовно збільшує адресу чергової команди, що зберігається в ньому, на довжину команди. Так як команди програми розташовані в пам'яті один за одним, то цим організується вибірка ланцюжка команд із послідовно розташованих осередків пам'яті.
Структура окремої команди має вигляд:
<код операции> <операнды>,
де<код операции>визначає, яка операція має виконуватися;
<операнды>- список (можливо, одноелементний) тих констант, адрес або імен змінних, над якими виконується дана операція.
Залежно від числа операндів розрізняють одно-, дво- та триадресні машинні команди. Кожна команда має певний обсяг, що вимірюється байтами.
2. Принцип умовного перехода.Якщо після виконання команди слід перейти не до наступної, а до якоїсь іншої, використовуються команди умовного або безумовного переходів (розгалуження), які заносять до лічильника команди номер комірки пам'яті, що містить наступну команду. Вибірка команд із пам'яті припиняється після досягнення та виконання команди «стоп».
Таким чином процесор виконує програму автоматично, без втручання людини.
3. Принцип однорідності пам'яті. Програми та дані зберігаються в одній і тій же пам'яті. Тому комп'ютер не розрізняє, що зберігається в цій клітинці пам'яті - число, текст чи команда. Над командами можна виконувати такі самі дії, як і над даними. Це відкриває цілу низку можливостей. Наприклад, програма в процесі свого виконання також може перероблятися, що дозволяє задавати в самій програмі правила отримання деяких її частин (так у програмі організується виконання циклів і підпрограм). Більше того, команди однієї програми можуть бути отримані як результати виконання іншої програми. На цьому принципі засновані методи трансляції - переклад тексту програми з мови програмування високого рівня на мову конкретної машини.
4. Принцип розміщення програми у пам'яті. Програма, необхідна роботи ЕОМ, попередньо розміщується у пам'яті комп'ютера, а чи не вводиться команда за командою.
5. Принцип адресності. Структурно основна пам'ять складається з перенумерованих осередків; процесору в довільний момент часу доступна будь-яка комірка. Звідси можна давати імена областям пам'яті, щоб до запам'ятованим у яких значенням можна було згодом звертатися чи змінювати в процесі виконання програм з допомогою присвоєних імен.
6. Принцип ієрархії пам'яті. Пам'ять ЕОМ неоднорідна. Для даних, що часто використовуються, виділяється пам'ять меншого обсягу, але більшої швидкодії; для даних, що рідко використовуються, виділяється пам'ять більшого обсягу, але меншої швидкодії.
7. Принцип двійкової системи числення. Для внутрішнього представлення даних та програм у пам'яті ЕОМ застосовується двійкова система числення, яку можна простіше реалізувати технічно.
Комп'ютери, побудовані цих принципах, ставляться до типу фон-неймановских. Існують і інші класи комп'ютерів, які принципово відрізняються від фон-нейманівських. Тут, наприклад, може виконуватися принцип програмного управління, тобто. вони можуть працювати без лічильника (реєстру адреси) команд, що вказує на команду програми, що виконується. Для звернення до будь-якої змінної, що зберігається в пам'яті, цим комп'ютерам не обов'язково надавати їй ім'я. Такі комп'ютери називаються не-фон-нейманівськими.
Машина фон Неймана складалася з пам'яті, що являла собою набір регістрів, АЛУ, пристрої введення-виводу та пристрої керування (рис. 3.7).
Пристрій введення передавало команди та дані в АЛУ, звідки вони записувалися на згадку. Усе команди, сукупність яких називається програмою, записуються на згадку про сусідні осередки за зростанням їх адрес, а дані, які вимагають обробки, - в осередки з довільними адресами. Остання команда програми – це обов'язково команда зупинення роботи. Кожна команда містить код операції, яку необхідно виконати, та адреси осередків, в яких знаходяться дані, що обробляються цією командою. Пристрій управління містить спеціальний регістр, який називається « Лічильник команд». Після завантаження програми та даних у пам'ять у лічильник команд записується адреса першої команди програми. Після цього обчислювальна машина перетворюється на режим автоматичного виконання програми.
Мал. 3.7. Машина фон Неймана
Пристрій управління зчитує з пам'яті вміст осередку пам'яті, адреса якої знаходиться в лічильнику команд, і поміщає його в спеціальний пристрій - Реєстр команд». Регістр команд зберігає команду під час виконання. Пристрій управління розшифровує тип операції команди, зчитує з пам'яті дані, адреси яких вказані в команді, і починає виконувати її. Для кожної команди пристрій управління має свій алгоритм обробки, який полягає у виробленні керуючих сигналів для всіх інших пристроїв машини. Цей алгоритм міг бути реалізований на основі комбінаційних логічних схем або за допомогою спеціальної внутрішньої пам'яті, куди ці алгоритми були записані як мікрокоманд, об'єднаних в мікропрограми. Виконання мікропрограми відбувається за тим самим принципом, як і програми у основній пам'яті, тобто. за принципом фон Неймана. Кожна мікрокоманда містить набір сигналів керування для пристроїв машини. Зазначимо, що пристрої керування виконанням команд процесорів у сучасних комп'ютерних системах також будуються за принципом комбінаційних схем або мікропрограмних автоматів, відповідно до яких поділяються на RISCі CISCпроцесори, про які буде розказано нижче.
Мікропрограма виконання будь-якої команди обов'язково містить сигнали, що змінюють вміст лічильника команд на одиницю. Таким чином, після завершення виконання чергової команди, лічильник команд вказував на наступну комірку пам'яті, в якій знаходилася наступна команда програми. Пристрій керування читає команду, адреса якої знаходиться в лічильнику команд, поміщає її в регістр команд і т.д. Цей процес триває доти, доки чергова команда, що виконується, не виявляється командою зупинення виконання програми. Цікаво відзначити, що і команди, і дані, що знаходяться в пам'яті, є цілими двоичними наборами. Відрізнити команду від даних пристрій управління не може, тому, якщо програміст забув закінчити програму командою зупинки, пристрій управління читає такі клітинки пам'яті, де вже немає команд програми, і намагається інтерпретувати як команди.
Особливим випадком можна вважати команди безумовного чи умовного переходу, коли потрібно виконати команду, яка не наступна по порядку за поточною, а віддалена від даної на якусь кількість адрес. У цьому випадку команда переходу містить адресу комірки, куди потрібно передати керування. Ця адреса записується пристроєм керування безпосередньо в лічильник команд і відбувається перехід на відповідну команду програми.
Які досягнення в інформатиці Джон фон Нейман зробив у ХХ столітті, Ви дізнаєтесь із цієї статті.
Перед тим, як говорити про його досягнення в інформатиці, варто розповісти про перші кроки вченого на заваді науки. Його перша робота "До введення трансфінітних ординальних чисел" побачила світ у 1923 році на сторінках Сегедського університету, де він навчався. У своїй докторській дисертації він розробив систему аксіом. 1925 року Нейман захистив дисертацію на тему «Аксіоматична побудова теорії множин» у Будапештському університеті та отримав диплом інженера-хіміка від цюріхського університету. В 1927 він став приват-доцентом Берлінського університету, а через два роки і Гамбурзького університету. У 1931 році він отримав посаду професора у Прістонському університеті.
Джон фон Нейман досягнення в інформатиці
У 1943 – 1946 року було побудовано першу ЕОМ (електро – обчислювальна машина), яку було названо ЭНИАК. Джон фон Нейман підказав її розробникам, як спростити програмування машини шляхом її модифікації. А у створенні другої машини ЕДВАК -електронного автоматичного обчислювача з дискретними змінними він брав активну участь. Йому належить розробка докладної логічної схеми машини, де обчислювальні ідеалізовані елементи були структурними одиницями. Дані ідеалізовані елементи стали кроком уперед в інформатиці, оскільки вони дозволили відокремити логічну схему від її технічного втілення.
Джон фон Нейман запропонував використовувати електростатичну систему, що запам'ятовує, замість лінії затримки як елементи пам'яті. Новостворену машину назвали Джоніак, на честь Неймана.
Наукові праці автора – «Про основи квантової механіки», «Математичне обґрунтування квантової механіки», «Теоретико-імовірнісне побудова квантової механіки», «Термодинаміка квантовомеханічних систем», «До гільбертової теорії доказу», «Про теорію стратегічних ігор», «Про теорію стратегічних ігор» через трансфінітну індукцію та споріднені питання загальної теорії множин», «Про одну проблему несуперечності аксіоматичної теорії множин».
Крім того, що він брав участь у створенні комп'ютера, вчений був першим, хто сформулював принципи роботи ЕОМ.Принципи сформульовані Джоном фон Нейманом:
- Принцип двійкової системи обчислення команд та даних.
- Принцип програмного керування. Програма являє собою набір команд, що виконуються процесором у певній послідовності.
- Принцип однорідності пам'яті. Усі дані зберігаються та кодуються в одній пам'яті.
- Принцип адресації пам'яті. Пам'ять складається з нумерованих осередків і процесор має довільний доступ до будь-якої з них.
- Принцип програмного управління. Команди, що зберігаються в пам'яті, виконуються по черзі після завершення попередньої команди.
- Принцип умовного переходу. Він був сформульований
Всі сучасні ЕОМ, незважаючи на те, що минуло багато часу, працюють на принципах запропонованих американським математиком Джоном фон Нейманом (1903 - 1957). Також зробив значний внесок у розвиток та застосування ЕОМ. Був першим, хто заснував принципи за якими працює ЕОМ:
1. Принцип двійкового кодування: вся інформація в ЕОМ представлена у двійковому вигляді, поєднання 0 та 1.
2. Принцип однорідності пам'яті: і програми та дані зберігаються в одній і тій же пам'яті. , що і надданими.
3. Принцип адресованості пам'яті: схематично ОП (основна пам'ять) складається з пронумерованих осередків, ЦП (центральний процесор) у будь-який момент часу доступна будь-яка осередок пам'яті. Тому можна надавати імена блокам пам'яті для зручнішого взаємодії ВП і ЦП.
4. Принцип послідовного програмного управління: програма складається із сукупності команд, які виконуються ЦП послідовно один за одним.
5. Принцип умовного переходу: не завжди відбувається так, що команди виконуються одна за одною, тому можлива присутність команди умовного переходу, які змінюють послідовно виконання команд в залежності від значення даних, що зберігаються
. Класифікація сучасних ЕОМ.
Сучасні ЕОМподіляються на вбудовані мікропроцесори, мікроЕОМ(Персональні комп'ютери), великі ЕОМі суперЕОМ- Комплекс ЕОМ з кількома процесорами.
Мікропроцеси- процесори, що реалізуються у вигляді інтегральних електронних мікросхем. Мікропроцесори можуть вбудовуватись у телефони, телевізори та інші прилади, машини та пристрої.
На інтегральних мікросхемахреалізуються процесори та оперативна пам'ять всіх сучасних мікро-ЕОМ, а також всі блоки великих ЕОМ та суперЕОМ, а також усіх програмованих пристроїв.
Продуктивність мікропроцесорівскладає кілька мільйонів операційза секунду, а обсяги сучасних блоків оперативної пам'яті - кілька мільйонів байтів.
МікроЕОМ -цеповноцінні обчислювальні машини, що мають не тільки процесор та оперативну пам'ять для обробки даних, але й пристрої введення-виведення та накопичення інформації.
Персональні ЕОМ -це мікроЕОМ, що мають пристрої відображення на електронних екранах, а також пристрої введення-виведення даних у вигляді клавіатури, і можливо - пристрої підключення до мереж ЕОМ.
Архітектура мікро-ЕОМзаснована на використанні системної магістралі - пристрої сполучення, до якого підключаються процесори та блоки оперативної пам'яті, а також усі пристрої введення-виведення інформації.
Використання магістралідозволяє міняти складі структуру мікроЕОМ- додавати додаткові пристрої вводу-виводу та нарощувати функціональні можливості обчислювальних машин.
Довготривале зберіганняІнформація в сучасних ЕОМ проводиться з використанням електронних, магнітних та оптичних носіїв - магнітних дисків, оптичних дисків та блоків флеш-пам'яті.
Архітектура сучасних ЕОМпередбачає обов'язкове наявність довгострокової пам'яті, де розміщуються файли, пакети програм, бази даних та керуючі операційні системи.
Великі ЕОМ -комп'ютери високою продуктивностііз великим обсягом зовнішньої пам'яті. Великі ЕОМ використовують як сервери мереж ЕОМ і великих сховищ даних.
Великі ЕОМвикористовуються як основа для організації корпоративних інформаційних систем, що обслуговують промислові корпорації та органи державної влади.
СуперЕОМ- це багатопроцесорні ЕОМзі складною архітектурою, що мають найбільш високу продуктивність і використовуються для вирішення суперскладних обчислювальних завдань.
Продуктивність суперЕОМскладає десяткиі сотні тисяч мільярдівобчислювальних операційза секунду. При цьому суперЕОМ дедалі більше збільшується кількість процесорів і ускладнюється архітектура ЕОМ.
Основи вчення про архітектуру обчислювальних машин заклав видатний американський математик Джон фон Нейман. Він підключився до створення першої у світі лампової ЕОМ ENIAC у 1944 р., коли її конструкція була вже обрана. У процесі роботи під час численних дискусій зі своїми колегами Г. Голдстайном та А. Берксом фон Нейман висловив ідею нової ЕОМ. У 1946 р. вчені виклали свої принципи побудови обчислювальних машин у класичній статті, що стала "Попередній розгляд логічної конструкції електронно-обчислювального пристрою". З того часу минуло півстоліття, але висунуті в ній положення зберігають актуальність і сьогодні.
У статті переконливо обґрунтовується використання двійкової системи для представлення чисел (не зайве нагадати, що раніше всі обчислювальні машини зберігали числа, що оброблялися в десятковому вигляді). Автори переконливо продемонстрували переваги двійкової системи для технічної реалізації, зручність та простоту виконання у ній арифметичних та логічних операцій. Надалі ЕОМ почали обробляти і нечислові види інформації - текстову, графічну, звукову та інші, але двійкове кодування даних, як і раніше, становить інформаційну основу будь-якого сучасного комп'ютера.
Ще однією воістину революційною ідеєю, значення якої важко переоцінити, є запропонований Нейманом принцип "збереженої програми". Спочатку програма задавалася шляхом встановлення перемичок на спеціальній комутаційній панелі. Це було дуже трудомістким заняттям: наприклад, для зміни програми машини ENIAC потрібно кілька днів (у той час як власне розрахунок не міг тривати більше кількох хвилин - виходили з ладу лампи). Нейман першим здогадався, що програма може також зберігатися у вигляді набору нулів і одиниць, причому в тій самій пам'яті, що і числа, що нею обробляються. Відсутність принципової різниці між програмою та даними дала можливість ЕОМ самій формувати для себе програму відповідно до результатів обчислень.
Фон Нейман як висунув основні принципи логічного устрою ЕОМ, а й запропонував її структуру, яка відтворювалася протягом двох поколінь ЕОМ. Основними блоками по Нейману є пристрій управління (УУ) та арифметико-логічний пристрій (АЛУ) (зазвичай об'єднуються в центральний процесор), пам'ять, зовнішня пам'ять, пристрої введення та виведення. Слід зазначити, що зовнішня пам'ять відрізняється від пристроїв введення та виведення тим, що дані до неї заносяться у вигляді, зручному комп'ютеру, але недоступному для безпосереднього сприйняття людиною. Так, накопичувач на магнітних дисках відноситься до зовнішньої пам'яті, а клавіатура – пристрій введення, дисплей та друк – пристрої виведення.
Пристрій управління та арифметико-логічний пристрій в сучасних комп'ютерах об'єднані в один блок - процесор, що є перетворювачем інформації, що надходить з пам'яті та зовнішніх пристроїв (сюди відносяться вибірка команд з пам'яті, кодування та декодування, виконання різних, у тому числі і арифметичних операцій, узгодження роботи вузлів комп'ютера). Докладніше функції процесора обговорюватимуться нижче.
Пам'ять (ЗП) зберігає інформацію (дані) та програми. Запам'ятовуючий пристрій у сучасних комп'ютерів "багатоярусно" і включає оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), що зберігає ту інформацію, з якою комп'ютер працює безпосередньо в даний час (виконувана програма, частина необхідних для неї даних, деякі керуючі програми), і зовнішні пристрої, що запам'ятовують (ВЗУ) ) набагато більше ємності, ніж ОЗУ. але з значно повільнішим доступом (і значно меншою вартістю для 1 байт збереженої інформації). На ОЗУ і ВЗУ класифікація пристроїв пам'яті не закінчується - певні функції виконують і СОЗУ (надоперативний пристрій), і ПЗУ (постійний пристрій), і інші підвиди комп'ютерної пам'яті.
У побудованій за описаною схемою ЕОМ відбувається послідовне зчитування команд із пам'яті та їх виконання. Номер (адреса) чергового осередку пам'яті. з якої буде вилучено наступну команду програми, вказується спеціальним пристроєм - лічильником команд в УУ. Його наявність також одна із характерних ознак аналізованої архітектури.
Розроблені фон Нейманом основи архітектури обчислювальних пристроїв виявилися настільки фундаментальними, що отримали у літературі назву "фон-нейманівської архітектури". Переважна більшість обчислювальних машин на сьогоднішній день – фон-нейманівські машини. Виняток становлять лише окремі різновиди систем для паралельних обчислень, у яких відсутня лічильник команд, не реалізована класична концепція змінної та є інші істотні важливі відхилення від класичної моделі (прикладами можуть бути потокова і редукційна обчислювальні машини).
Очевидно, значне відхилення від фон-неймановской архітектури відбудеться у результаті розвитку ідеї машин п'ятого покоління, основу обробки інформації у яких лежать не обчислення, а логічні висновки.
Принципи фон Неймана
Принцип однорідності пам'яті - Команди і дані зберігаються у тому ж пам'яті і зовні у пам'яті нерозрізняються. Розпізнати їх можна лише за способом використання; тобто одне й те саме значення в осередку пам'яті може використовуватися і як дані, і як команда, і як адреса залежно лише від способу звернення до нього. Це дозволяє виконувати над командами самі операції, як і над числами, і, відповідно, відкриває ряд можливостей. Так, циклічно змінюючи адресну частину команди, можна забезпечити звернення до послідовних елементів масиву даних. Такий прийом зветься модифікації команд і з позицій сучасного програмування не вітається. Більш корисним є інше наслідок принципу однорідності, коли команди однієї програми можуть бути отримані як результат виконання іншої програми. Ця можливість лежить в основі трансляції - перекладу тексту програми з мови високого рівня мовою конкретної обчислювальної машини.
Принцип адресності- Структурно основна пам'ять складається з пронумерованих осередків, причому процесору у довільний момент доступна будь-яка комірка. Двійкові коди команд і даних поділяються на одиниці інформації, звані словами, і зберігаються в осередках пам'яті, а доступу до них використовуються номери відповідних осередків - адреси.
Принцип програмного управління- Усі обчислення, передбачені алгоритмом розв'язання задачі, мають бути представлені у вигляді програми, що складається з послідовності управляючих слів - команд. Кожна команда наказує деяку операцію з набору операцій, що реалізуються обчислювальною машиною. Команди програми зберігаються в послідовних осередках пам'яті обчислювальної машини і виконуються в природній послідовності, тобто в порядку їхнього положення в програмі. У разі потреби за допомогою спеціальних команд ця послідовність може бути змінена. Рішення про зміну порядку виконання команд програми приймається або з аналізу результатів попередніх обчислень, або безумовно.
Принцип двійкового кодування - Відповідно до цього принципу, вся інформація, як дані, і команди, кодуються двійковими цифрами 0 і 1. Кожен тип інформації представляється двійковою послідовністю і має свій формат. Послідовність бітів у форматі, що має певний зміст, називається полем. У числової інформації зазвичай виділяють поле знака та поле значущих розрядів. У форматі команди можна виділити два поля: поле коду операції та поле адрес.