Архітэктура фон Нэймана

Схема машыны фон Нэймана.

Архітэктура фон Нэймана — шырока вядомы прынцып агульнага захоўвання праграм і даных у памяці камп’ютара. Вылічальныя сістэмы гэтага тыпу часта называюць «Машынамі фон Нэймана», але раўназначнасць гэтых тэрмінаў не заўсёды выконваецца. Звычайна, калі кажуць пра архітэктуру фон Нэймана (англ.: von Neumann), то маюць на ўвазе фізічную адасобленасць працэсарнага модуля ад прылады захоўвання праграм і даных.

Гісторыя

Наяўнасць жорстка вызначанага набору камандаў і праграм была характэрнай рысаю першых камп’ютарных сістэм. Сёння такі дызайн выкарыстоўваюць для спрашчэння канструкцыі вылічальнай прылады. Напрыклад, настольныя калькулятары з’яўляюцца прыладай з незменным наборам выканальных праграм. Іх можна выкарыстоўваць для матэматычных падлікаў, але немагчыма ўжыць для апрацоўкі тэксту і камп’ютарных гульняў, для прагляду графічных відарысаў ці відэа. Каб змяніць унутраную праграму для такой прылады, трэба цалкам перарабіць яго канструкцыю. Зрэшты, перапраграмаванне старых камп’ютарных сістэм выконвалася, але такія дзеянні патрабавалі шмат часу і ручной працы для падрыхтоўкі новай дакументацыі, перакамутацыі і перабудовы блокаў і прылад і г. д.

Але пасля з’явілася ідэя захоўвання праграм у агульнай памяці. Калі такая ідэя матэрыялізавалася, выкарыстанне архітэктур, заснаваных на наборах інструкцый для выканання і прадстаўленне вылічальнага працэсу як працэсу выканання інструкцый, запісаных у праграме, надзвычайна павялічыла гнуткасць вылічальных сістэм у плане апрацоўкі даных. Уніфікаваны падыход да разгляду даных і інструкцый аблегчыў задачу змены саміх праграм.

У сярэдзіне 1940-х гадоў праект камп’ютара, які захоўвае свае праграмы ў агульнай памяці, быў распрацаваны ў Мураўскай школе электрычных распрацовак (англ.: The Moore School of Electrical Engineering) ва Універсітэце штата Пенсільванія (англ.: The University of Pennsylvania). Прынцыпы, апісаныя ў дакументацыі да гэтай архітэктуры, цяпер вядомыя пад назвай «Архітэктура фон Нэймана», па імені аднаго з аўтараў праекта Джона фон Нэймана, хоць на самой справе аўтарства праекта было калектыўным. Архітэктура фон Нэймана вырашыла праблемы, уласцівыя камп’ютару «Эніак», які ствараўся ў той жа час. Інфармацыя аб праекце стала даступнай і іншым даследчыкам адразу пасля абвяшчэння аб стварэнні новай машыны «Эніак» (у 1946). Планавалася выкарыстаць напрацоўкі з праекта новай архітэктуры ў машыне «EDVAC», але да 1953 года «EDVAC» не быў створаны з-за тэхнічных праблем. Іншыя ж навукова-даследчыя інстытуты змаглі рэалізаваць ідэі праекта фон Нэймана хутчэй за калектыў навукоўцаў з Мураўскай школы.

Першымі камп’ютарнымі сістэмамі, у якіх былі рэалізаваныя ідэі архітэктуры фон Нэймана, сталі:

• «Манчэстэрскі Марк I». Прататып («Манчэстэрскае дзіця»), Універсітэт Манчэстэра (англ.: The University of Manchester) Вялікабрытанія, 21 чэрвеня 1948 года;
• «EDSAC». Кембрыджскі ўніверсітэт (англ.: The Cambridge University). Вялікабрытанія, 6 мая 1949 года;
• «BINAC». ЗША, красавік ці жнівень 1949 года;
• «CSIR Mk 1». Аўстралія, лістапад 1949 года;
• «SEAC». ЗША, 9 мая 1950 года.

Машына фон Нэймана

Машына фон Нэймана (фон-нэйманаўская машына) — канкрэтная рэалізацыя архітэктуры фон Нэймана; вылічальная сістэма, заснаваная на наступных прынцыпах.

1. Яе асноўнымі блокамі з'яўляюцца арыфметычна-лагічная прылада, прылада кіравання, запамінальная прылада і прылады ўводу-вываду.
2. Праграмы і даныя захоўваюцца ў адной і той жа памяці.
3. Прылада кіравання і арыфметычна-лагічная прылада, звычайна аб'яднаныя ў цэнтральны працэсар, вызначаюць дзеянні для выканання, чытаючы каманды з аператыўнай памяці.
4. Унутраны код машыны двайковы.

Пераважная большасць вылічальных машын нашага часу з'яўляюцца фон-нэйманаўскімі машынамі.