Принципы фон Неймана

1.

ПРИНЦИПЫ ФОН
НЕЙМАНА
Архитектура фон
Неймана

2.

АРХИТЕКТУРА ФОН
НЕЙМАНА
Архитектура фон Неймана - широко известный принцип
совместного хранения программ и данных в памяти компьютера
Когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают
физическое отделение процессорного модуля от устройств
хранения программ и данных.

3.

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в
своей совместной статье изложили новые принципы
построения и функционирования ЭВМ.
В последствие на основе этих принципов
производились первые два поколения компьютеров. В
более поздних поколениях происходили некоторые
изменения, хотя принципы Неймана актуальны и
сегодня.

4.

1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДВОИЧНОЙ
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ В
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ.
Преимущество перед десятичной системой счисления
заключается в том, что устройства можно делать достаточно
простыми, арифметические и логические операции в двоичной
системе счисления также выполняются достаточно просто.

5.

2. ПРОГРАММНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ ЭВМ
Универсальная
вычислительная
машина
должна
содержать несколько основных устройств: арифметики,
памяти, управления и связи с оператором. Нужно, чтобы
после начала вычислений, работа машины не зависела от
оператора.
Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из
набора команд. Команды выполняются последовательно
друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти
программой было положено начало тому, что мы сегодня
называем программированием.

6.

3. ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ
НЕ ТОЛЬКО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ, НО И
ПРОГРАММ.
При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе
счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных
ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над
данными.
«Если приказы машине представить с помощью числового кода и если
машина сможет каким-то образом отличать число от приказа, то память
можно использовать для хранения как чисел, так и приказов» (принцип
хранимой программы).
«Помимо памяти для приказов, должно существовать еще устройство,
способное автоматически выполнять приказы, хранящиеся в памяти».

7.

4. ЯЧЕЙКИ ПАМЯТИ ЭВМ ИМЕЮТ АДРЕСА,
КОТОРЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО
ПРОНУМЕРОВАНЫ
В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее
адресу. Этот принцип открыл возможность использовать
переменные в программировании.

8.

5. ВОЗМОЖНОСТЬ УСЛОВНОГО ПЕРЕХОДА В
ПРОЦЕССЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ.
Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в
программах можно реализовать возможность перехода к
любому участку кода.

9.

АРХИТЕКТУРА ФОН НЕЙМАНА

10.

11.

ПОКОЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

12.

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
МЕХАНИЧЕСКИЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛИ
счетная машина блеза паскаля,
1642 г. эта машина могла
выполнять лишь операции
сложения и вычитания.

13.

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
КОМПЬЮТЕРЫ НА ЭЛЕКТРОННЫХ
ЛАМПАХ (194Х-1955)
Быстродействие: несколько десятков тысяч
операций в секунду.
Особенности:
Поскольку лампы имеют существенные размеры и
их тысячи, то машины имели огромные размеры.
Поскольку ламп много и они имеют свойство
перегорать, то часто компьютер простаивал из-за
поиска и замены вышедшей из строя лампы.
Лампы выделяют большое количество тепла,
следовательно, вычислительные машины требуют
специальные мощные охладительные системы.

14.

15.

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
КОМПЬЮТЕРЫ НА
ТРАНЗИСТОРАХ (1955-1965)
Быстродействие: сотни тысяч операций в
секунду
Первый компьютер на
транзисторах TX стал прототипом для
компьютеров ветки PDP фирмы DEC,
которые можно считать
родоначальниками компьютерной
промышленности, т.к появилось явление
массовой продажи машин. DEC выпускает
первый миникомпьютер (размером со
шкаф). Зафиксировано появление
дисплея.

16.

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ.
КОМПЬЮТЕРЫ НА
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
(1965-1980)
Быстродействие: миллионы операций в секунду.
Интегральная схема представляет собой электронную
схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На
такой схеме умещаются тысячи транзисторов.
Появилась проблема совместимости выпускаемых
моделей (программного обеспечения под них).
Впервые большое внимание совместимости уделила
компания IBM.

17.

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
КОМПЬЮТЕРЫ НА БОЛЬШИХ (И
СВЕРХБОЛЬШИХ) ИНТЕГРАЛЬНЫХ
СХЕМАХ (1980-…)
Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.
Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну
интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров
увеличилось значительно.
В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался
компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом
Возняком. Позднее в массовое производство был запущен
персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.

18.

19.

ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ?

20.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЕСТОГО
ПОКОЛЕНИЯ

21.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ИЗ ЖИЗНИ НЕЙМАНА
Нейман обладал почти абсолютной памятью. Он мог
через много лет пересказывать страницы прочитанных
книг, тут же переводя текст на английский или немецкий
языки, а с небольшими задержками и на французский или
итальянский.
Когда Нейман выступал у доски, он очень быстро
покрывал всю её поверхность различными формулами, а
затем очень быстро все стирал, так что не все успевали
понять ход его рассуждений.
Про Неймана писали, что он мог лечь спать с нерешенной
проблемой, а в три часа ночи проснуться с готовым
ответом. После чего он шел к телефону и звонил своим
сотрудникам. Поэтому одним из требований Неймана к
своим сотрудникам была готовность быть разбуженным
среди ночи.