Phenquestions
Johnas von Neumannas
Johnas von Neumannas gimė Budapešte 1903 m. Gruodžio 28 d. Turtingoje bankų šeimoje, kuri buvo iškelta į Vengrijos bajorus. Nuo mažens jis parodė puikų intelektą ir buvo ženklinamas vunderkindu. Iki 6 metų von Neumannas galėjo mokėti senovės graikų kalbą ir galvoje padalyti porą aštuonženklių skaičių, o iki 8 metų jis išmoko diferencialą ir integralą. Kai von Neumannui buvo 15 metų, jo tėvas pasirūpino, kad Gábor Szegő būtų jo privatus matematikos mokytojas. Per pirmąją pamoką garsusis matematikas Szegő apsipylė ašaromis, stebėdamas jauno von Neumanno greitį ir sugebėjimus. Be šių neįtikėtinų žygdarbių, von Neumannas turėjo fotografinę atmintį ir galėjo žodį į žodį deklamuoti ištisus romanus.
Von Neumannas baigė dvejų metų chemijos pažymėjimą Berlyno universitete ir matematikos daktaro laipsnį Pázmány Péter universitete. Baigęs daktaro laipsnį, fon Neumannas išvyko į Getingeno universitetą pas Davidą Hilbertą, vieną iš svarbių matematikų, kurių darbas padėjo sukurti kompiuterį. Vėliau von Neumannas išvyko į Prinstono universitetą, kad sutiktų skirti visą gyvenimą paskirtą pažangiųjų studijų institutą. Jo kabinetas buvo už kelių durų nuo Alberto Einšteino kabineto, o Einšteinas skundėsi, kad von Neumannas per garsiai grojo vokišką žygio muziką savo biuro fonografu.
Būdamas Princetone, von Neumannas buvo atvežtas dirbti su Manheteno projektu. Jis daug kartų išvyko į Los Alamos laboratoriją, norėdamas stebėti atominių ginklų plėtrą, be to, jis buvo labai svarbus daugelyje Japonijai numestų branduolinių ginklų projektavimo ir gamybos etapuose. Jis buvo pirmojo atominės bombos bandymo 1945 m. Liepos 16 d. Liudininkas ir tarnavo komitete, kuriam pavesta nuspręsti, kurie du Japonijos miestai bus bombos taikiniai. Savo dalyvavimui Manheteno projekte von Neumannas tapo bene didžiausiu įkvėpimu personažui dr. „Strangelove“ vienalyčiame Stanley Kubricko filme.
Dr. Keista meilė
Maždaug tuo metu, kai jis dirbo prie atominės bombos, von Neumannas pradėjo kurti idėjas, kurios sudarytų kompiuterių mokslo pagrindą. Von Neumannas susitiko su Alanu Turingu anksčiau metų, o pranešimai rodo, kad von Neumannui įtakos turėjo Turingo pranešimas „Apie skaičiuojamus skaičius“.“Be abejo, dėl savo ankstesnio darbo su Hilbertu, von Neumannas galėjo puikiai pripažinti Turingo darbo reikšmę.
1945 m., Baigdamasis savo darbu Manheteno projekte, fon Neumannas draugams ir kolegoms pasakė, kad galvoja apie dar svarbesnį darbą. Traukinyje į Los Alamosą von Neumannas parašė dokumentą pavadinimu „Pirmasis pranešimo apie EDVAC projektas“. Šiame 101 puslapio dokumente yra von Neumanno architektūros dizainas, kuris nuo pat jo įvedimo išliko dominuojančia kompiuterių architektūros paradigma. Fon Neumanno architektūra paprastai siejama su saugomos programos kompiuterio koncepcija, tačiau ji taip pat apima 4 dalių inžinerijos dizainą, kuris skiriasi nuo kitų saugomos programos koncepcijų.
Svarbiausia, kad fon Neumanno architektūra yra saugomas programos kompiuteris. Saugomos programos kompiuteriai naudoja vieną atminties įrenginį ir kompiuterinėms programoms, ir duomenims, kuriuos kompiuterių programos ima kaip įvestį, saugoti. Saugomos programos dizainas paprastai priešinamas Harvardo architektūrai, kuri naudoja atskirus atminties įrenginius kompiuterio programai ir programos duomenims laikyti.
Saugomos programos architektūros idėją tyliai pasiūlė Turingo darbas su universaliomis Tiuringo mašinomis, nes šios mašinos yra teorinės saugomų programų kompiuterių versijos. Tačiau von Neumannas pripažino, kad verta aiškiai sukonstruoti šią savybę kompiuteriuose. Alternatyviems kompiuterių programavimo būdams reikėjo rankiniu būdu prijungti arba perjungti kompiuterio grandines - šis procesas buvo toks daug darbo reikalaujantis, kad kompiuteriai dažnai buvo sukurti vienai funkcijai ir niekada nebuvo perprogramuojami. Su nauju dizainu kompiuteriai tapo lengvai perprogramuojami ir galėjo įgyvendinti daugybę skirtingų programų; tačiau turėjo būti įjungta prieigos kontrolė, kad tam tikrų tipų programos, pvz., virusai, negalėtų perprogramuoti svarbiausios programinės įrangos, tokios kaip operacinė sistema.
Labiausiai žinomas von Neumanno architektūros dizaino apribojimas vadinamas „von Neumann buteliu“. „Von Neumann“ kliūtis sukelia saugomos programos architektūra, nes duomenys ir programa dalijasi ta pačia magistrale su centriniu procesoriumi. Informacijos perkėlimas iš atminties į procesorių paprastai yra daug lėtesnis nei faktinis procesorius. „Von Neumann“ dizainas padidina reikalingos informacijos kiekį, nes tiek kompiuterio programą, tiek programos duomenis reikia perkelti į procesorių. Vienas iš geriausių šios problemos pašalinimo būdų buvo procesoriaus talpyklų naudojimas. CPU talpyklos tarnauja kaip tarpininkai tarp pagrindinės atminties ir procesoriaus. Šios procesoriaus talpyklos suteikia nedidelį kiekį greitai pasiekiamos atminties šalia procesoriaus šerdies.
Fon Neumanno architektūra susideda iš keturių dalių: valdymo bloko, apdorojimo bloko (įskaitant aritmetinį ir loginį vienetą (ALU)), atminties bloko ir įvesties / išvesties mechanizmų. Įvesties / išvesties mechanizmai apima standartinius įtaisus, susijusius su kompiuteriais, įskaitant klaviatūras kaip įvestis ir ekrano ekranus kaip išvestis. Įvesties mechanizmai rašo į atminties bloką, kuriame saugomos kompiuterio programos ir programos duomenys. Valdymo bloką ir procesorių sudaro centrinis procesorius. Valdymo blokas vadovauja centriniam procesoriui pagal gautas instrukcijas. Apdorojimo bloke yra ALU, kuris atlieka pagrindines aritmetines arba bitų eilutės operacijas bitų eilutėje. ALU gali atlikti daug įvairių funkcijų; todėl valdymo bloko funkcija yra nukreipti ALU taip, kad jis atliktų teisingą funkciją teisingoje eilutėje.
Fon Neumanno architektūra
Po jos įvedimo von Neumanno architektūra tapo standartine kompiuterio architektūra, o Harvardo architektūra buvo perkelta į mikrovaldiklius ir signalų apdorojimą. Fon Neumanno architektūra vis dar naudojama ir šiandien, tačiau naujesni ir sudėtingesni projektai, įkvėpti fon Neumanno architektūros, užtemdė originalią architektūrą pagal populiarumą.
