Принципы Джон фон Неймана

1.

Принципы
Джон фон Неймана

2.

Джон фон
Нейман (von
Neumann)
(1903 — 57) —
американский
математик.
Внес большой
вклад в
создание
первых ЭВМ и
разработку
методов их
применения.

3.

4.

Ю. Вигнер,
школьный
товарищ фон
Неймана, лауреат
Нобелевской
премии, говорил,
что его ум — это
"совершенный
инструмент,
шестеренки
которого
подогнаны друг к
другу с точностью
до тысячных
долей сантиметра"

5.

Интерес фон Неймана к компьютерам в
какой-то степени связан с его
участием в сверхсекретном
Манхэттенском проекте по созданию
атомной бомбы, который
разрабатывался в Лос-Аламосе, шт.
Нью-Мексико. Там фон Нейман
математически доказал
осуществимость взрывного способа
детонации атомной бомбы. Теперь он
размышлял о значительно более
мощном оружии — водородной бомбе,
создание которой требовало очень
сложных расчетов.

6.

Однако фон
Нейман понимал,
что компьютер —
это не больше, чем
простой
калькулятор, что
— по крайней мере
потенциально —
он представляет
собой
универсальный
инструмент для
научных
исследований.

7.

В июле 1954 г.,
меньше чем через
год после того, как
он присоединился
к группе Моучли и
Эккерта, фон
Нейман подготовил
отчет на 101
странице, в
котором обощил
планы работы над
машиной EDVAC .

8.

Отчет, озаглавленный
"Предварительный доклад о машине
EDVAC" представлял собой
прекрасное описание не только самой
машины, но и ее логических свойств.

9.

Увидев, сколько шума наделал фон
Нейман и его "Предварительный
доклад", Моучли и Эккерт были глубоко
возмущены. В свое время по
соображениям секретости они не смогли
опубликовать никаких сообщений о
своем изобретении. И вдруг Голдстейн,
нарушив секретность, предоставил
трибуну человеку, который толькотолько присоединился к проекту. Споры
о том, кому должны принадлежать
авторские права
на EDVAC и ENIAC привели в конце
концов к распаду рабочей группы.

10.

Принципы фон Неймана

11.

Принципы фон Неймана
“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”.
“Необходимо, чтобы машина могла запоминать
некоторым образом не только цифровую
информацию, требуемую для данного вычисления, но
также и команды, управляющие программой, с
помощью которой должны производиться эти
вычисления”.

12.

Принципы фон Неймана
“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).

13.

Принципы фон Неймана
“Поскольку
машина является
вычислительной, в ней должно быть
арифметическое устройство, способное
складывать, вычитать, умножать и
делить”.
“Наконец, должно существовать
устройство ввода и вывода, с помощью
которого осуществляется связь между
оператором и машиной”.

14.

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.

15.

Однотипность кодирования
информации
Разнотипные слова информации
различаются по способу использования,
но не способами кодирования.

16.

Программное
управление ЭВМ
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.

17.

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.

18.

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.

19.

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.

20.

Алгоритм реализуется через
последовательное
выполнение команд
Выполнение вычислений,
предписанных алгоритмом, сводится к
последовательному выполнению команд
в порядке, однозначно определяемом
программой. Адрес следующей команды
однозначно определяется в процессе
выполнения текущей команды
(возможны условные переходы).
Процесс вычисления продолжается до
выполнения команды, предписывающей
завершение вычисление.

21.

Вычислительная машина
имеет ограниченный набор
команд.
Каждая отдельная команда определяет
простой (единичный) шаг
преобразования информации.

22.

Самым главным следствием этих
принципов можно назвать то, что теперь
программа уже не была постоянной
частью машины (как например, у
калькулятора). Программу стало
возможно легко изменить. А вот
аппаратура, конечно же, остается
неизменной, и очень простой.

23.

24.

Когда говорят об архитектуре
фон Неймана, подразумевают
физическое отделение процессорного
модуля от устройств хранения программ
и данных.

25.

26.

Архитектурные принципы организации
ЭВМ, указанные Джоном фон Нейманом,
долгое время оставались почти
неизменными, и лишь в конце 1970-х
годов в архитектуре суперЭВМ и
матричных процессоров появились
отклонения от этих принципов.

27.

Награды и достижения
Обладатель премии имени Бохера от АМО,
1938
Докладчик на лекциях имени Гиббса от АМО,
1944
Премия Энрико Ферми, 1956
Докладчик на международном конгрессе, 1950
Почётный член Лондонского математического
общества, 1952
Президент Американского математического
общества, 1951-1952
Докладчик на международном конгрессе, 1954