Beschreibung der Präsentation anhand einzelner Folien:
1 Folie
Folienbeschreibung:
2 Folie
Folienbeschreibung:
Die Von-Neumann-Architektur ist ein bekanntes Prinzip zur gemeinsamen Speicherung von Programmen und Daten im Computerspeicher. Wenn man von Neumann-Architektur spricht, meint man die physische Trennung des Prozessormoduls von den Programm- und Datenspeichergeräten. Der Aufbau der allermeisten Computer basiert auf den folgenden allgemeinen Prinzipien, die 1945 vom amerikanischen Wissenschaftler John von Neumann formuliert wurden. 1. Das Prinzip der Programmsteuerung. Daraus folgt, dass das Programm aus einer Reihe von Befehlen besteht, die vom Prozessor automatisch nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden. * Ein Programm wird mithilfe eines Programmzählers aus dem Speicher abgerufen. Dieses Prozessorregister erhöht sequentiell die Adresse des nächsten darin gespeicherten Befehls um die Befehlslänge. 2. Das Prinzip der Gedächtnishomogenität. Programme und Daten werden im selben Speicher gespeichert. Daher unterscheidet der Computer nicht zwischen dem, was in einer bestimmten Speicherzelle gespeichert ist – einer Zahl, einem Text oder einem Befehl. Sie können für Befehle dieselben Aktionen ausführen wie für Daten. Dies eröffnet eine ganze Reihe von Möglichkeiten. ** Befehle von einem Programm können als Ergebnisse aus der Ausführung eines anderen Programms erhalten werden. Auf diesem Prinzip basieren Übersetzungsmethoden – die Übersetzung von Programmtexten aus einer höheren Programmiersprache in die Sprache einer bestimmten Maschine. 3. Das Prinzip des Targetings. Strukturell besteht der Hauptspeicher aus neu nummerierten Zellen; Jede Zelle steht dem Prozessor jederzeit zur Verfügung. Dies impliziert die Möglichkeit, Speicherbereiche so zu benennen, dass die darin gespeicherten Werte später während der Programmausführung mithilfe der zugewiesenen Namen abgerufen oder geändert werden können. Computer, die auf diesen Prinzipien basieren, sind vom Neumann-Typ.
3 Folie
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Prozessorspeicher Die Ausführung von Befehlen kann nach folgendem Schema verfolgt werden: EINGABE AUSGABE PROGRAMM DATEN BEFEHL ZÄHLER BEFEHL REGISTER CU OPERANDENREGISTER SOMMER ALU Eine von Neumann-Maschine besteht aus einem Speichergerät (Speicher) - Speicher, einem arithmetisch-logischen Gerät - ALU , ein Steuergerät - CU, sowie Geräteein- und -ausgang. Programme und Daten werden vom Eingabegerät über eine arithmetische Logikeinheit in den Speicher eingegeben. Alle Programmbefehle werden in benachbarte Speicherzellen geschrieben und Daten zur Verarbeitung können in beliebigen Zellen enthalten sein. Für jedes Programm muss der letzte Befehl der Befehl zum Herunterfahren sein. Der nächste Befehl wird aus der Speicherzelle ausgewählt, deren Adresse im Programmzähler gespeichert ist; Der Inhalt des Programmzählers wird um die Länge des Befehls erhöht. Der ausgewählte Befehl wird an das Steuergerät in das Befehlsregister übertragen. Als nächstes entschlüsselt das Steuergerät das Adressfeld des Befehls. Basierend auf Signalen von der Steuereinheit werden die Operanden aus dem Speicher gelesen und in spezielle Operandenregister in die ALU geschrieben. Die arithmetisch-logische Einheit führt die durch die Anweisungen angegebenen Operationen an den angegebenen Daten aus. Von der Recheneinheit werden die Ergebnisse an den Speicher oder ein Ausgabegerät ausgegeben. Der Unterschied zwischen einem Speicher und einem Ausgabegerät besteht darin, dass in einem Speicher Daten in einer für die Verarbeitung durch einen Computer geeigneten Form gespeichert und auf für eine Person bequeme Weise an Ausgabegeräte gesendet werden. Durch die Ausführung eines beliebigen Befehls ändert sich der Programmzähler um eins und zeigt somit auf den nächsten Befehl des Programms. alle vorherigen Schritte werden wiederholt, bis der „Stopp“-Befehl erreicht wird. Daten können aber auch im Prozessor verbleiben, wenn die Ergebnisadresse nicht angegeben wurde.
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Von Neumann Architektur John von Neumann Prinzipien Von Neumann Maschine Kurze Biographie John von Neumann Erfolge von John von Neumann
Folie 3
Von Neumann-Architektur.
Die Von-Neumann-Architektur ist ein bekanntes Prinzip zur gemeinsamen Speicherung von Programmen und Daten im Computerspeicher.
Folie 4
Wenn man von Neumann-Architektur spricht, meint man die physische Trennung des Prozessormoduls von den Programm- und Datenspeichergeräten.
Folie 5
John von Neumanns Prinzipien.
„Ein Universalcomputer muss mehrere Grundgeräte enthalten: Arithmetik, Speicher, Steuerung und Kommunikation mit dem Bediener. Es ist notwendig, dass nach Beginn der Berechnungen der Betrieb der Maschine nicht vom Bediener abhängt.“ „Es ist notwendig, dass die Maschine in irgendeiner Weise nicht nur die für eine bestimmte Berechnung erforderlichen digitalen Informationen speichern kann, sondern auch die Anweisungen, die das Programm steuern, mit dem diese Berechnungen durchgeführt werden sollen.“
Folie 6
„Wenn Befehle an eine Maschine durch einen numerischen Code dargestellt werden und die Maschine irgendwie eine Zahl von einem Befehl unterscheiden kann, dann kann der Speicher zum Speichern sowohl von Zahlen als auch von Befehlen verwendet werden“ (Prinzip gespeicherter Programme).
Folie 7
„Neben dem Speicher für Befehle muss auch ein Gerät vorhanden sein, das in der Lage ist, im Speicher gespeicherte Befehle automatisch auszuführen.“
Folie 8
„Da eine Maschine eine Rechenmaschine ist, muss sie über ein Rechenwerk verfügen, das addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren kann.“ „Schließlich muss es ein Ein- und Ausgabegerät geben, das zwischen Bediener und Maschine kommuniziert.“
Folie 9
Die Maschine muss mit Binärzahlen arbeiten, elektronisch und nicht mechanisch sein und Vorgänge nacheinander ausführen.
Folie 10
So nehmen „nach von Neumann“ die Arithmetik und Rechenleistung den Hauptplatz unter den Funktionen eines Computers ein logische Operationen. Für sie ist ein arithmetisch-logisches Gerät vorgesehen.
Folie 11
Der Betrieb der ALU – und der gesamten Maschine im Allgemeinen – wird über ein Steuergerät gesteuert. (In der Regel sind bei Computern das Steuergerät und die arithmetisch-logische Einheit zu einer einzigen Einheit zusammengefasst – dem Zentralprozessor.) Die Rolle der Informationsspeicherung übernimmt Rom. Hier werden Informationen sowohl für das Rechenwerk (Daten) als auch für das Steuergerät gespeichert.
Folie 12
Von Neumann-Maschine.
Folie 13
Kurzbiographie von John von Neumann.
Der amerikanische Mathematiker und Physiker John von Neumann stammte aus Budapest. Schon früh zeichnete sich dieser Mann durch außergewöhnliche Fähigkeiten aus: Mit sechs Jahren sprach er Altgriechisch, mit acht Jahren beherrschte er die Grundlagen der höheren Mathematik. Bis in die 1930er Jahre arbeitete er in Deutschland. (1903-1957)
Folie 14
Er führte Grundlagenforschung in den Bereichen mathematische Logik, Gruppentheorie, Operatoralgebra, Quantenmechanik und statistische Physik durch und entwickelte Spieltheorie und Automatentheorie.
Folie 15
1945 wurde von Neumanns Bericht veröffentlicht, in dem er die Grundprinzipien des Aufbaus und der Komponenten eines modernen Computers darlegte. Die im Bericht reflektierten Ideen entwickelten sich und etwa ein Jahr später erschien der Artikel „Vorläufige Überlegungen zum logischen Design eines elektronischen Computergeräts“. Wichtig ist hier, dass die Autoren, ausgehend von Vakuumröhren und elektrischen Schaltkreisen, in der Lage waren, die formale Organisation eines Computers zu skizzieren.
Folie 16
Leistungen von John von Neumann.
John von Neumann wurde mit den höchsten akademischen Auszeichnungen ausgezeichnet. Er wurde zum Mitglied der Academy of Exact Sciences (Lima, Peru), der American Academy of Arts and Sciences, der American Philosophical Society, des Lombard Institute of Sciences and Letters, der Royal Netherlands Academy of Sciences and Arts und des US National gewählt Akademie und Ehrendoktorwürden vieler Universitäten in den USA und anderen Ländern. John von Neumann starb am 8. Februar 1957.
Folie 17
Die von John von Neumann aufgezeigten Architekturprinzipien der Computerorganisation blieben lange Zeit nahezu unverändert, und erst Ende der 1970er Jahre traten Abweichungen von diesen Prinzipien in der Architektur von Supercomputern und Matrixprozessoren auf. .
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Folie 1
Folie 2
Inhalt: Von Neumann-Architektur, Prinzipien von John von Neumann, Von-Neumann-Maschine, Kurzbiografie von John von Neumann, Erfolge von John von Neumann
Folie 3
Von Neumann-Architektur. Die Von-Neumann-Architektur ist ein bekanntes Prinzip zur gemeinsamen Speicherung von Programmen und Daten im Computerspeicher.
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Von Neumann-Architektur. Wenn man von Neumann-Architektur spricht, meint man die physische Trennung des Prozessormoduls von den Programm- und Datenspeichergeräten.
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John von Neumanns Prinzipien. „Ein Universalcomputer muss mehrere Grundgeräte enthalten: Arithmetik, Speicher, Steuerung und Kommunikation mit dem Bediener. Es ist notwendig, dass nach Beginn der Berechnungen der Betrieb der Maschine nicht vom Bediener abhängt.“ „Es ist notwendig, dass die Maschine in irgendeiner Weise nicht nur die für eine bestimmte Berechnung erforderlichen digitalen Informationen speichern kann, sondern auch die Anweisungen, die das Programm steuern, mit dem diese Berechnungen durchgeführt werden sollen.“
Folie 6
John von Neumanns Prinzipien. „Wenn Befehle an eine Maschine durch einen numerischen Code dargestellt werden und die Maschine irgendwie eine Zahl von einem Befehl unterscheiden kann, dann kann der Speicher zum Speichern sowohl von Zahlen als auch von Befehlen verwendet werden“ (Prinzip gespeicherter Programme).
Folie 7
John von Neumanns Prinzipien. „Neben dem Speicher für Befehle muss auch ein Gerät vorhanden sein, das in der Lage ist, im Speicher gespeicherte Befehle automatisch auszuführen.“
Folie 8
John von Neumanns Prinzipien. „Da eine Maschine eine Rechenmaschine ist, muss sie über ein Rechenwerk verfügen, das addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren kann.“ „Schließlich muss es ein Ein- und Ausgabegerät geben, das zwischen Bediener und Maschine kommuniziert.“
Folie 9
John von Neumanns Prinzipien. Die Maschine muss mit Binärzahlen arbeiten, elektronisch und nicht mechanisch sein und Vorgänge nacheinander ausführen.
Folie 10
John von Neumanns Prinzipien. So nehmen „nach von Neumann“ arithmetische und logische Operationen den Hauptplatz unter den von einem Computer ausgeführten Funktionen ein. Für sie ist ein arithmetisch-logisches Gerät vorgesehen.
Folie 11
John von Neumanns Prinzipien. Der Betrieb der ALU – und der gesamten Maschine im Allgemeinen – wird über ein Steuergerät gesteuert. (In der Regel sind bei Computern das Steuergerät und die arithmetisch-logische Einheit zu einer einzigen Einheit zusammengefasst – dem Zentralprozessor.) Die Rolle der Informationsspeicherung übernimmt der RAM. Hier werden Informationen sowohl für das Rechenwerk (Daten) als auch für das Steuergerät gespeichert.
Folie 12
Folie 13
Kurzbiographie von John von Neumann. Der amerikanische Mathematiker und Physiker John von Neumann stammte aus Budapest. Schon früh zeichnete sich dieser Mann durch außergewöhnliche Fähigkeiten aus: Mit sechs Jahren sprach er Altgriechisch, mit acht Jahren beherrschte er die Grundlagen der höheren Mathematik. Bis in die 1930er Jahre arbeitete er in Deutschland. (1903-1957)
Folie 14
Kurzbiographie von John von Neumann. Er führte Grundlagenforschung in den Bereichen mathematische Logik, Gruppentheorie, Operatoralgebra, Quantenmechanik und statistische Physik durch und entwickelte Spieltheorie und Automatentheorie. Leistungen von John von Neumann. John von Neumann wurde mit den höchsten akademischen Auszeichnungen ausgezeichnet. Er wurde zum Mitglied der Academy of Exact Sciences (Lima, Peru), der American Academy of Arts and Sciences, der American Philosophical Society, des Lombard Institute of Sciences and Letters, der Royal Netherlands Academy of Sciences and Arts und des US National gewählt Akademie und Ehrendoktorwürden vieler Universitäten in den USA und anderen Ländern. John von Neumann starb am 8. Februar 1957. Folie 17
Die von John von Neumann aufgezeigten Architekturprinzipien der Computerorganisation blieben lange Zeit nahezu unverändert, und erst Ende der 1970er Jahre traten Abweichungen von diesen Prinzipien in der Architektur von Supercomputern und Matrixprozessoren auf. .
Wichtige Daten im Leben des Wissenschaftlers Geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest. Geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest. 1911 trat er in das Lutherische Gymnasium ein. 1911 trat er in das Lutherische Gymnasium ein. 1926 erhielt er einen Doktortitel in Mathematik (mit Elementen der Experimentalphysik und Chemie). 1926 erhielt er einen Doktortitel in Mathematik (mit Elementen der Experimentalphysik und Chemie). Von 1926 bis 1930 war John von Neumann Privatdozent in Berlin. Von 1926 bis 1930 war John von Neumann Privatdozent in Berlin.
Wichtige Daten im Leben eines Wissenschaftlers 1930 wurde er zu einem Lehrauftrag an die Princeton University eingeladen. 1930 wurde er zu einer Lehrtätigkeit an die Princeton University eingeladen. 1937 wurde von Neumann US-amerikanischer Staatsbürger. 1937 wurde von Neumann US-amerikanischer Staatsbürger. 1938 wurde ihm für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Analysis der Bocher-Preis verliehen. 1938 wurde ihm für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Analysis der Bocher-Preis verliehen. 1930 heiratete er Marietta Kövesi. 1930 heiratete er Marietta Kövesi. 1938 heiratete er Klara Dan zum zweiten Mal. 1938 heiratete er Clara Dan zum zweiten Mal.
Wichtige Daten im Leben des Wissenschaftlers 1946 bewies er einen Satz über die Dichte der Aufzeichnung von Zahlen in doppelt kombinierten Exponentialfunktionen Positionssysteme Abrechnung. 1946 bewies er einen Satz über die Dichte der Aufzeichnung von Zahlen in doppelt kombinierten exponentiellen Positionszahlensystemen. 1950 wurde die erste erfolgreiche numerische Wettervorhersage erstellt. 1950 wurde die erste erfolgreiche numerische Wettervorhersage erstellt. 1957 erkrankte er an Knochenkrebs. 1957 erkrankte er an Knochenkrebs.
John von Neumann und seine Prinzipien 1. Das Prinzip der binären Kodierung: Alle Informationen werden in binärer Form kodiert. 2. Das Prinzip der Programmsteuerung: Ein Programm besteht aus einer Reihe von Befehlen. 3. Das Prinzip der Speicherhomogenität: in einem Speicher gespeichert. 4. Adressierungsprinzip: Der Speicher besteht aus nummerierten Zellen.
1946 D. von Neumann, G. Goldstein und A. Berks
Ihr gemeinsamer Artikel skizzierte Neues
Prinzipien des Aufbaus und Betriebs von Computern.
Anschließend basierend auf diesen Grundsätzen
wir produzierten
Erste
zwei
Generationen
Computers. In späteren Generationen
Es gab einige Änderungen, obwohl die Prinzipien
Neumann sind auch heute noch aktuell.
1. Verwendung des binären Zahlensystems in Computern.
1. BINÄR VERWENDENZAHLENSYSTEME IN
COMPUTERMASCHINEN.
Vorteil gegenüber dem dezimalen Zahlensystem
ist, dass Geräte hergestellt werden können
ganz einfach, arithmetisch und logisch
Operationen im binären Zahlensystem auch
werden ganz einfach durchgeführt.
2. Computersoftwaresteuerung
2. SOFTWARE-STEUERUNGComputer
Der Betrieb des Computers wird durch ein Programm gesteuert, bestehend aus
Satz von Befehlen. Befehle werden nacheinander ausgeführt
einer nach demanderen. Durch die Erstellung einer Maschine mit gespeichertem Speicher
Das Programm legte den Grundstein für das, was wir heute sind
wir nennen es Programmierung.
3. Der Computerspeicher dient nicht nur zum Speichern von Daten, sondern auch von Programmen.
3. Der Computerspeicher wird nicht verwendetNUR ZUR DATENSPEICHERUNG, ABER AUCH
PROGRAMM.
Dabei werden sowohl Programmbefehle als auch Daten verschlüsselt
im binären Zahlensystem, d.h. ihre Art zu schreiben
ist dasselbe. Daher in bestimmten Situationen vorbei
Befehle können die gleichen Aktionen ausführen wie mit
Daten.
4. Computerspeicherzellen haben fortlaufend nummerierte Adressen
4. COMPUTER-SPEICHERZELLEN HABEN ADRESSEN,WAS KONSEQUENT
NUMMERIERT
Sie können jederzeit auf jede Zelle zugreifen
Speicher an seiner Adresse. Dieses Prinzip wurde eröffnet
Fähigkeit, Variablen zu verwenden
Programmierung.
5. Möglichkeit eines bedingten Übergangs während der Programmausführung.
5. Möglichkeit des bedingten Übergangs zuPROGRAMMAUSFÜHRUNGSPROZESS.
Auch wenn die Befehle ausgeführt werden
sequentiell, in Programmen umsetzbar
die Möglichkeit, zu jedem Teil des Codes zu springen.
Von Neumann-Architektur
VON NEUMANN ARCHITEKTURGenerationen von Computern – die Geschichte der Entwicklung der Computertechnologie
Generationen von Computern – GeschichteENTWICKLUNG VON COMPUTERGERÄTEN
Null Generation. Mechanische Computer
NULL GENERATION.MECHANISCHE COMPUTER
Die Rechenmaschine von Blaise Pascal
1642 konnte dieses Auto
nur Operationen durchführen
Addition und Subtraktion.
Erste Generation. Vakuumröhrencomputer (194x-1955)
ERSTE GENERATION. COMPUTER ANELEKTRONISCHE VENTILE (194X-1955)
Leistung: mehrere Zehntausend
Operationen pro Sekunde.
Besonderheiten:
Da die Lampen von erheblicher Größe sind und
Es gibt Tausende davon, damals waren die Maschinen enorm groß.
Da es viele Lampen gibt und sie das Eigentum haben
Durchbrennen, dann war der Computer oft im Leerlauf
Finden und Ersetzen einer defekten Lampe.
Die Lampen erzeugen viel Wärme,
Daher benötigen Computermaschinen
spezielle leistungsstarke Kühlsysteme.
Zweite Generation. Transistorcomputer (1955–1965)
ZWEITE GENERATION. COMPUTER ANTRANSISTOREN (1955-1965)
Leistung: Hunderttausende Operationen pro
gib mir eine Sekunde
Der erste Computer an
Transistoren TX wurden zum Prototyp für
Computer der PDP-Abteilung von DEC,
was in Betracht gezogen werden kann
die Begründer des Computers
Industrie, weil ein Phänomen aufgetreten ist
Massenverkauf von Autos. DEC-Veröffentlichungen
der erste Minicomputer (ungefähr so groß wie
Kleiderschrank). Auftritt aufgezeichnet
Anzeige.
Dritte Generation. Computer mit integrierten Schaltkreisen (1965–1980)
DRITTE GENERATION. COMPUTER ANINTEGRIERTE SCHALTUNGEN (1965-1980)
Leistung: Millionen Operationen pro Sekunde.
Der integrierte Schaltkreis ist
elektronischer Schaltkreis auf Silizium geätzt
Kristall. Dieses Diagramm passt zu Tausenden
Transistoren.
Es liegt ein Problem mit der Kompatibilität der veröffentlichten Versionen vor
Modelle ( Software unter ihnen).
Zum ersten Mal wird großer Wert auf Kompatibilität gelegt
gegeben von IBM.
Vierte Generation. Computer auf großen (und ultragroßen) integrierten Schaltkreisen (1980-...)
VIERTE GENERATION. COMPUTER ANGROSSES (UND EXTRA GROßES) INTEGRAL
SCHEMA (1980-…)
Leistung: Hunderte Millionen Operationen pro Sekunde.
Es wurde möglich, mehr als eine zu platzieren
ein integrierter Schaltkreis, aber Tausende. Leistung
Computer haben deutlich zugenommen.
In den späten 70ern und frühen 80ern war es beliebt
Apple-Computer, entworfen von Steve Jobs und
Steve Wozniak. Später wurde es in Massenproduktion hergestellt
gestartet Persönlicher Computer IBM PC auf Prozessor
