कंप्यूटर के मुख्य घटक वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर हैं। जॉन वॉन न्यूमैन द्वारा कंप्यूटर आर्किटेक्चर

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"कंप्यूटर सिस्टम, नेटवर्क और दूरसंचार"

"वॉन न्यूमैन के सिद्धांत"

1. परिचय………………………………………………………………2

2. जॉन वॉन न्यूमैन की वास्तुकला के मूल सिद्धांत………………3

3. कंप्यूटर संरचना………………………………………………3

4. जॉन वॉन न्यूमैन की मशीन कैसे काम करती है…………………………4

5. निष्कर्ष…………………………………………………………6

सन्दर्भ……………………………………………………8

परिचय

60 के दशक के मध्य से, कंप्यूटर बनाने का दृष्टिकोण बहुत बदल गया है। हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर विकसित करने के बजाय, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के संश्लेषण से युक्त एक सिस्टम डिजाइन किया जाने लगा। इसी समय अंतःक्रिया की अवधारणा सामने आई। इस तरह एक नई अवधारणा का उदय हुआ - कंप्यूटर आर्किटेक्चर।

कंप्यूटर आर्किटेक्चर को आमतौर पर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर और उनकी मुख्य विशेषताओं को व्यवस्थित करने के लिए सामान्य सिद्धांतों के एक सेट के रूप में समझा जाता है, जो प्रासंगिक प्रकार की समस्याओं को हल करते समय कंप्यूटर की कार्यक्षमता निर्धारित करता है।

कंप्यूटर आर्किटेक्चर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के एक कॉम्प्लेक्स के निर्माण और बड़ी संख्या में निर्धारण कारकों को ध्यान में रखते हुए जुड़ी समस्याओं की एक महत्वपूर्ण श्रृंखला को कवर करता है। इन कारकों में मुख्य हैं: लागत, अनुप्रयोग का दायरा, कार्यक्षमता, उपयोग में आसानी और हार्डवेयर को वास्तुकला के मुख्य घटकों में से एक माना जाता है।

कंप्यूटिंग टूल की वास्तुकला को संरचना से अलग किया जाना चाहिए, क्योंकि कंप्यूटिंग टूल की संरचना एक निश्चित स्तर पर इसकी वर्तमान संरचना को निर्धारित करती है और टूल के भीतर कनेक्शन का वर्णन करती है। आर्किटेक्चर एक कंप्यूटिंग टूल के घटक तत्वों की परस्पर क्रिया के लिए बुनियादी नियम निर्धारित करता है, जिसका विवरण अंतःक्रिया नियमों के निर्माण के लिए आवश्यक सीमा तक किया जाता है। यह सभी कनेक्शन स्थापित नहीं करता है, बल्कि केवल सबसे आवश्यक कनेक्शन स्थापित करता है, जिसे उपयोग किए गए टूल के अधिक सक्षम उपयोग के लिए जाना जाना चाहिए।

इस प्रकार, कंप्यूटर उपयोगकर्ता को इस बात की परवाह नहीं है कि इलेक्ट्रॉनिक सर्किट किन तत्वों से बने हैं, क्या कमांड सर्किट या प्रोग्राम द्वारा निष्पादित किए जाते हैं, इत्यादि। कंप्यूटर आर्किटेक्चर वास्तव में उन समस्याओं की एक श्रृंखला को दर्शाता है जो कंप्यूटर और उनके सॉफ़्टवेयर के सामान्य डिज़ाइन और निर्माण से संबंधित हैं।

कंप्यूटर आर्किटेक्चर में एक संरचना शामिल होती है जो पीसी और सॉफ्टवेयर की संरचना और गणितीय समर्थन को दर्शाती है। कंप्यूटर की संरचना तत्वों और उनके बीच कनेक्शन का एक समूह है। सभी आधुनिक कंप्यूटरों के निर्माण का मूल सिद्धांत प्रोग्राम नियंत्रण है।

कंप्यूटर वास्तुकला के सिद्धांत की नींव जॉन वॉन न्यूमैन द्वारा रखी गई थी। इन सिद्धांतों के संयोजन ने शास्त्रीय (वॉन न्यूमैन) कंप्यूटर वास्तुकला को जन्म दिया।

जॉन वॉन न्यूमैन के वास्तुकला के बुनियादी सिद्धांत

जॉन वॉन न्यूमैन (1903 - 1957) एक अमेरिकी गणितज्ञ थे जिन्होंने पहले कंप्यूटर के निर्माण और उनके उपयोग के तरीकों के विकास में एक बड़ा योगदान दिया। यह वह व्यक्ति थे जिन्होंने 1944 में दुनिया के पहले ट्यूब-आधारित कंप्यूटर, ENIAC के निर्माण में शामिल होकर कंप्यूटर आर्किटेक्चर के सिद्धांत की नींव रखी थी, जब इसका डिज़ाइन पहले ही चुना जा चुका था। काम की प्रक्रिया में, अपने सहयोगियों जी. गोल्डस्टीन और ए. बर्क्स के साथ कई चर्चाओं के दौरान, जॉन वॉन न्यूमैन ने एक मौलिक रूप से नए कंप्यूटर का विचार व्यक्त किया। 1946 में, वैज्ञानिकों ने अब के क्लासिक लेख "इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग डिवाइस के तार्किक डिजाइन पर प्रारंभिक विचार" में कंप्यूटर के निर्माण के लिए अपने सिद्धांतों को रेखांकित किया। तब से आधी सदी से अधिक समय बीत चुका है, लेकिन इसमें रखे गए प्रावधान आज भी प्रासंगिक हैं।

यह लेख संख्याओं को दर्शाने के लिए बाइनरी सिस्टम के उपयोग की पुष्टि करता है, क्योंकि पहले सभी कंप्यूटर संसाधित संख्याओं को दशमलव रूप में संग्रहीत करते थे। लेखकों ने तकनीकी कार्यान्वयन के लिए बाइनरी सिस्टम के फायदे, इसमें अंकगणित और तार्किक संचालन करने की सुविधा और आसानी का प्रदर्शन किया। बाद में, कंप्यूटर ने गैर-संख्यात्मक प्रकार की सूचनाओं को संसाधित करना शुरू कर दिया - पाठ, ग्राफिक, ध्वनि और अन्य, लेकिन बाइनरी डेटा कोडिंग अभी भी किसी भी आधुनिक कंप्यूटर का सूचना आधार बनाती है।

एक और क्रांतिकारी विचार, जिसके महत्व को कम करके आंकना मुश्किल है, न्यूमैन द्वारा प्रस्तावित "संग्रहीत कार्यक्रम" सिद्धांत है। प्रारंभ में, प्रोग्राम को एक विशेष पैच पैनल पर जंपर्स स्थापित करके सेट किया गया था। यह एक बहुत ही श्रमसाध्य कार्य था: उदाहरण के लिए, ENIAC मशीन के प्रोग्राम को बदलने में कई दिन लग गए, जबकि गणना स्वयं कुछ मिनटों से अधिक नहीं चल सकी - लैंप, जिनमें से एक बड़ी संख्या थी, विफल हो गए . न्यूमैन ने सबसे पहले यह महसूस किया कि एक प्रोग्राम को शून्य और एक की श्रृंखला के रूप में भी उसी मेमोरी में संग्रहीत किया जा सकता है, जिस पर वह संसाधित संख्याओं को रखता है। प्रोग्राम और डेटा के बीच मूलभूत अंतर की अनुपस्थिति ने कंप्यूटर के लिए गणना के परिणामों के अनुसार अपने लिए एक प्रोग्राम बनाना संभव बना दिया।

कंप्यूटर संरचना

जॉन वॉन न्यूमैन ने न केवल कंप्यूटर की तार्किक संरचना के मूलभूत सिद्धांतों को सामने रखा, बल्कि इसकी संरचना का भी प्रस्ताव रखा, जिसे कंप्यूटर की पहली दो पीढ़ियों के दौरान पुन: प्रस्तुत किया गया था। न्यूमैन के अनुसार मुख्य ब्लॉक एक नियंत्रण इकाई (सीयू) और एक अंकगणित-तार्किक इकाई (एएलयू) हैं, जो आमतौर पर एक केंद्रीय प्रोसेसर में संयुक्त होते हैं, जिसमें सामान्य प्रयोजन रजिस्टरों (जीपीआर) का एक सेट भी शामिल होता है - इसके दौरान सूचना के मध्यवर्ती भंडारण के लिए प्रसंस्करण; मेमोरी, बाह्य मेमोरी, इनपुट और आउटपुट डिवाइस। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बाहरी मेमोरी इनपुट और आउटपुट डिवाइस से भिन्न होती है जिसमें डेटा कंप्यूटर के लिए सुविधाजनक रूप में दर्ज किया जाता है, लेकिन किसी व्यक्ति द्वारा प्रत्यक्ष धारणा के लिए दुर्गम होता है।

कंप्यूटर आर्किटेक्चर जॉन वॉन न्यूमैन के सिद्धांतों पर बनाया गया।

तीरों वाली ठोस रेखाएँ सूचना प्रवाह की दिशा दर्शाती हैं, बिंदीदार रेखाएँ नियंत्रण संकेतों को दर्शाती हैं।

जॉन वॉन न्यूमैन की मशीन कैसे काम करती है?

आइए अब विस्तार से बात करते हैं कि इस आर्किटेक्चर पर बनी मशीन कैसे काम करती है। वॉन न्यूमैन मशीन में एक स्टोरेज डिवाइस (मेमोरी) - एक मेमोरी, एक अंकगणित-तार्किक इकाई - ALU, एक नियंत्रण उपकरण - CU, साथ ही इनपुट और आउटपुट डिवाइस होते हैं, जिन्हें उनके सर्किट में देखा जा सकता है और जैसा कि पहले चर्चा की गई है।

प्रोग्राम और डेटा को एक अंकगणितीय तर्क इकाई के माध्यम से इनपुट डिवाइस से मेमोरी में दर्ज किया जाता है। सभी प्रोग्राम कमांड आसन्न मेमोरी कोशिकाओं में लिखे जाते हैं, और प्रसंस्करण के लिए डेटा को मनमाने ढंग से कोशिकाओं में समाहित किया जा सकता है। किसी भी प्रोग्राम के लिए, अंतिम कमांड शटडाउन कमांड होना चाहिए।

कमांड में यह संकेत होता है कि कौन सा ऑपरेशन किया जाना चाहिए और मेमोरी सेल के पते जहां डेटा संग्रहीत किया जाता है जिस पर निर्दिष्ट ऑपरेशन किया जाना चाहिए, साथ ही सेल के पते जहां जरूरत पड़ने पर परिणाम लिखा जाना चाहिए स्मृति में संग्रहीत किया जाना है।

अंकगणितीय तर्क इकाई निर्दिष्ट डेटा पर निर्देशों द्वारा निर्दिष्ट संचालन करती है। इससे परिणाम मेमोरी या आउटपुट डिवाइस पर आउटपुट होते हैं।

नियंत्रण इकाई (सीयू) कंप्यूटर के सभी भागों को नियंत्रित करती है। इससे, अन्य उपकरणों को "क्या करना है" संकेत प्राप्त होते हैं, और अन्य उपकरणों से नियंत्रण इकाई को उनकी स्थिति के बारे में जानकारी प्राप्त होती है। इसमें एक विशेष रजिस्टर (सेल) होता है जिसे "प्रोग्राम काउंटर" कहा जाता है। प्रोग्राम और डेटा को मेमोरी में लोड करने के बाद, प्रोग्राम के पहले कमांड का पता प्रोग्राम काउंटर पर लिखा जाता है, और नियंत्रण इकाई मेमोरी से मेमोरी सेल की सामग्री को पढ़ती है, जिसका पता प्रोग्राम काउंटर में होता है, और इसे एक विशेष उपकरण - "कमांड रजिस्टर" में रखता है। नियंत्रण इकाई कमांड के संचालन को निर्धारित करती है, मेमोरी में उस डेटा को "चिह्नित" करती है जिसके पते कमांड में निर्दिष्ट हैं, और कमांड के निष्पादन को नियंत्रित करता है।

ALU - दो वेरिएबल्स का अंकगणितीय और तार्किक प्रसंस्करण प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक आउटपुट वेरिएबल बनता है। ALU फ़ंक्शंस आमतौर पर सरल अंकगणित, तार्किक और शिफ्ट संचालन तक सीमित हो जाते हैं। यह प्राप्त परिणाम और उसकी प्राप्ति के परिणामस्वरूप घटित घटनाओं (शून्य से समानता, चिह्न, समता, अतिप्रवाह) को दर्शाने वाले कई परिणाम गुण (झंडे) भी उत्पन्न करता है। कमांड निष्पादन के आगे के क्रम पर निर्णय लेने के लिए नियंत्रण इकाई द्वारा झंडों का विश्लेषण किया जा सकता है।

किसी भी कमांड के निष्पादन के परिणामस्वरूप, प्रोग्राम काउंटर एक के बाद एक बदलता है और इसलिए, प्रोग्राम के अगले कमांड को इंगित करता है। जब किसी ऐसे कमांड को निष्पादित करना आवश्यक होता है जो वर्तमान कमांड के बगल में नहीं है, लेकिन दिए गए पते से एक निश्चित संख्या में पते से अलग होता है, तो एक विशेष जंप कमांड में सेल का पता होता है जिस पर नियंत्रण स्थानांतरित किया जाना चाहिए .

निष्कर्ष

तो, आइए एक बार फिर वॉन न्यूमैन द्वारा प्रस्तावित बुनियादी सिद्धांतों पर प्रकाश डालें:

· बाइनरी कोडिंग का सिद्धांत.बाइनरी नंबर सिस्टम का उपयोग डेटा और कमांड को दर्शाने के लिए किया जाता है।

· स्मृति एकरूपता का सिद्धांत.प्रोग्राम (निर्देश) और डेटा दोनों एक ही मेमोरी में संग्रहीत होते हैं (और एक ही संख्या प्रणाली में एन्कोड किए जाते हैं - अक्सर बाइनरी)। आप कमांड पर वही कार्य कर सकते हैं जो डेटा पर करते हैं।

· मेमोरी एड्रेसेबिलिटी का सिद्धांत.संरचनात्मक रूप से, मुख्य मेमोरी में क्रमांकित कोशिकाएँ होती हैं; कोई भी सेल किसी भी समय प्रोसेसर के लिए उपलब्ध है।

· अनुक्रमिक कार्यक्रम नियंत्रण का सिद्धांत.सभी कमांड मेमोरी में स्थित होते हैं और क्रमिक रूप से निष्पादित होते हैं, एक के बाद एक पूरा हो जाता है।

· सशर्त संक्रमण का सिद्धांत.किसी प्रोग्राम से कमांड को हमेशा एक के बाद एक निष्पादित नहीं किया जाता है। प्रोग्राम में सशर्त जंप कमांड हो सकते हैं जो डेटा मानों के आधार पर कमांड निष्पादन के अनुक्रम को बदलते हैं। (यह सिद्धांत जॉन वॉन न्यूमैन से बहुत पहले एडा लवलेस और चार्ल्स बैबेज द्वारा तैयार किया गया था, लेकिन तार्किक रूप से इसे पिछले सिद्धांत के पूरक के रूप में वॉन न्यूमैन सेट में शामिल किया गया है।)

जॉन वॉन न्यूमैन ने पहले कंप्यूटर के विकास और उनके उपयोग के तरीकों के विकास में बहुत बड़ा योगदान दिया। वॉन न्यूमैन द्वारा विकसित कंप्यूटिंग उपकरणों की वास्तुकला के मूल सिद्धांत इतने मौलिक निकले कि उन्हें साहित्य में "वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर" नाम मिला। इस वास्तुकला के सिद्धांत आज भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। आज अधिकांश कंप्यूटर वॉन न्यूमैन मशीनें हैं। एकमात्र अपवाद समानांतर कंप्यूटिंग के लिए कुछ प्रकार के सिस्टम हैं, जिनमें कोई प्रोग्राम काउंटर नहीं है, एक चर की शास्त्रीय अवधारणा लागू नहीं की गई है, और शास्त्रीय मॉडल से अन्य महत्वपूर्ण मूलभूत अंतर हैं (उदाहरणों में स्ट्रीमिंग और रिडक्शन कंप्यूटर शामिल हैं)।

आधुनिक कंप्यूटरों में नियंत्रण उपकरण और अंकगणित-तार्किक इकाई को एक इकाई में संयोजित किया जाता है - प्रोसेसर, जो मेमोरी और बाहरी उपकरणों से आने वाली जानकारी का एक कनवर्टर है (इसमें मेमोरी से निर्देश प्राप्त करना, एन्कोडिंग और डिकोडिंग, अंकगणित सहित विभिन्न कार्य करना शामिल है) , संचालन, कंप्यूटर नोड्स के संचालन का समन्वय)।

आधुनिक कंप्यूटरों में, सूचनाओं और कार्यक्रमों को संग्रहीत करने वाला भंडारण उपकरण "बहु-स्तरीय" होता है। इसमें रैंडम एक्सेस मेमोरी (RAM) शामिल है, जो उस जानकारी को संग्रहीत करता है जिसके साथ कंप्यूटर एक निश्चित समय पर सीधे काम कर रहा है (एक निष्पादन योग्य प्रोग्राम, इसके लिए आवश्यक डेटा का हिस्सा, कुछ नियंत्रण प्रोग्राम), और बाहरी स्टोरेज डिवाइस (VRAM) रैम की तुलना में बहुत बड़ी क्षमता, लेकिन काफी धीमी पहुंच के साथ। मेमोरी उपकरणों का वर्गीकरण RAM और VRAM के साथ समाप्त नहीं होता है - कुछ कार्य SRAM (सुपर-रैंडम एक्सेस मेमोरी), ROM (रीड-ओनली मेमोरी) और कंप्यूटर मेमोरी के अन्य उपप्रकारों दोनों द्वारा किए जाते हैं।

जाहिर है, वॉन न्यूमैन वास्तुकला से एक महत्वपूर्ण विचलन केवल पांचवीं पीढ़ी की मशीनों के विचार के विकास के परिणामस्वरूप होगा, जिसमें सूचना प्रसंस्करण गणना पर नहीं, बल्कि तार्किक निष्कर्ष पर आधारित है।

ग्रन्थसूची

1. एच. क्रेगॉन। कंप्यूटर वास्तुकला और उसका कार्यान्वयन। ट्यूटोरियल। - सेंट पीटर्सबर्ग, मीर, 2004।

2. ई. तनेनबाउम। कंप्यूटर आर्किटेक्चर। वैज्ञानिक साहित्य। - सेंट पीटर्सबर्ग, पीटर, 2003।

3. वॉन न्यूमैन के सिद्धांत. क्लासिकल कंप्यूटर का आर्किटेक्चर, पी वॉन न्यूमैन सिद्धांत

कंप्यूटर की कार्यप्रणाली कंप्यूटिंग में दो मूलभूत अवधारणाओं पर आधारित है। प्रौद्योगिकी: एल्गोरिथम की अवधारणा; कार्यक्रम नियंत्रण का सिद्धांत. एल्गोरिदम क्रियाओं का एक विशिष्ट रूप से परिभाषित अनुक्रम है, जिसमें प्रारंभिक डेटा पर औपचारिक रूप से परिभाषित संचालन शामिल होते हैं, जो सीमित संख्या में चरणों में समाधान की ओर ले जाते हैं।

गुणएल्गोरिदम

जानकारी की विसंगति जिसके साथ एल्गोरिदम काम करते हैं; एल्गोरिदम को लागू करते समय किए गए संचालन के सेट की परिमितता और प्राथमिक प्रकृति;

नियतिवाद - एल्गोरिथम के परिणामों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता;

बड़े पैमाने पर चरित्र - एक स्वीकार्य सेट से विभिन्न प्रारंभिक डेटा के लिए एल्गोरिदम का उपयोग करने की संभावना

एक प्रोग्राम किसी भी भाषा में एक एल्गोरिदम का विवरण है।

सिद्धांतसॉफ़्टवेयर प्रबंध(पीपीयू) पहली बार हंगेरियन गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी जॉन वॉन न्यूमैन द्वारा 1946 में होल्ट्ज़टीन और बर्ट्ज़ की भागीदारी के साथ तैयार किया गया था, और कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकी के विकास में इस स्तर पर प्रमुख है।

पीपीयू में कई वास्तुशिल्प और कार्यात्मक सिद्धांत शामिल हैं।

1) बाइनरी कोडिंग सिद्धांतसूचना को बाइनरी रूप में एन्कोड किया जाता है और सूचना की इकाइयों (तत्वों) में विभाजित किया जाता है जिन्हें शब्द कहा जाता है। बाइनरी संख्या प्रणाली का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की विशिष्टताओं द्वारा निर्धारित होता है। शब्द सूचना की एक अविभाज्य इकाई है।

2) सूचना कोडिंग की एकरूपता.विभिन्न प्रकार के सूचना शब्द उनके उपयोग के तरीके में भिन्न होते हैं, लेकिन उन्हें एन्कोड करने के तरीके में नहीं। विभिन्न प्रकार की जानकारी का प्रतिनिधित्व करने वाले शब्द अप्रभेद्य हैं (डेटा, कमांड)। जिस क्रम में उनका उपयोग किया जाता है वह उनकी विशिष्टता निर्धारित करता है। अलग-अलग डेटा को प्रोसेस करने के लिए एक ही कमांड का उपयोग किया जा सकता है।

3) RAM का पता संगठन.जानकारी के शब्दों को मशीन मेमोरी कोशिकाओं में रखा जाता है और सेल नंबरों द्वारा पहचाना जाता है जिन्हें शब्द पते कहा जाता है। जानकारी संग्रहीत करने और पहचानने की विशिष्टताएँ निर्धारित करता है। सेल एड्रेस वैल्यू और कमांड के लिए मशीन पहचानकर्ता है।

4) कंप्यूटर में कमांड का एक सीमित सेट होता है. प्रत्येक व्यक्तिगत कमांड जानकारी परिवर्तित करने के एक सरल (एकल) चरण को परिभाषित करता है।

5) एल्गोरिथम को आदेशों के क्रमिक निष्पादन के माध्यम से कार्यान्वित किया जाता है।एल्गोरिदम द्वारा निर्धारित गणना करने से प्रोग्राम द्वारा विशिष्ट रूप से निर्धारित क्रम में आदेशों का क्रमिक निष्पादन होता है। वर्तमान कमांड के निष्पादन के दौरान अगले कमांड का पता विशिष्ट रूप से निर्धारित किया जाता है (सशर्त छलांग संभव है)। गणना प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि गणना को पूरा करने के लिए आदेश निष्पादित नहीं किया जाता है। लाभ:

हार्डवेयर कार्यान्वयन में आसानी.

उच्च बहुमुखी प्रतिभा, जो केवल प्रोसेसर कमांड के सेट द्वारा सीमित है।

कमियां:

बिंदु 2: प्रोग्रामर को विभिन्न प्रकार के डेटा का सही ढंग से उपयोग करने की आवश्यकता होती है यदि उनका पालन नहीं किया जाता है, तो त्रुटियां दिखाई देती हैं जिन्हें पहचानना अक्सर मुश्किल होता है; जटिल कंप्यूटिंग समस्याओं को हल करते समय, यह सॉफ़्टवेयर विकास की जटिलता को बहुत बढ़ा देता है।

पी.जे. स्मृति का एक रैखिक संगठन मानता है। इससे जटिल डेटा प्रकारों के लेआउट तत्वों की गणना करना मुश्किल हो जाता है।

शास्त्रीय वास्तुकलाकंप्यूटर

कंप्यूटर संरचना

1946 में, डी. वॉन न्यूमैन, जी. गोल्डस्टीन और ए. बर्क्स ने अपने संयुक्त लेख में कंप्यूटर के निर्माण और संचालन के लिए नए सिद्धांतों की रूपरेखा तैयार की। इसके बाद, कंप्यूटर की पहली दो पीढ़ियों का निर्माण इन्हीं सिद्धांतों के आधार पर किया गया। बाद की पीढ़ियों में कुछ बदलाव हुए हैं, हालाँकि न्यूमैन के सिद्धांत आज भी प्रासंगिक हैं।

वास्तव में, न्यूमैन कई अन्य वैज्ञानिकों के वैज्ञानिक विकास और खोजों को संक्षेप में प्रस्तुत करने और उनके आधार पर मौलिक रूप से कुछ नया तैयार करने में कामयाब रहे।

वॉन न्यूमैन के सिद्धांत

कंप्यूटर में बाइनरी नंबर सिस्टम का उपयोग. दशमलव संख्या प्रणाली की तुलना में लाभ यह है कि उपकरणों को काफी सरल बनाया जा सकता है, और बाइनरी संख्या प्रणाली में अंकगणित और तार्किक संचालन भी काफी सरलता से किए जाते हैं।

कंप्यूटर सॉफ्टवेयर नियंत्रण. कंप्यूटर का संचालन एक प्रोग्राम द्वारा नियंत्रित किया जाता है जिसमें कमांड का एक सेट होता है। कमांड को एक के बाद एक क्रमिक रूप से निष्पादित किया जाता है। एक संग्रहित प्रोग्राम के साथ एक मशीन का निर्माण उस चीज़ की शुरुआत थी जिसे आज हम प्रोग्रामिंग कहते हैं।

कंप्यूटर मेमोरी का उपयोग न केवल डेटा को स्टोर करने के लिए किया जाता है, बल्कि प्रोग्राम को भी स्टोर करने के लिए किया जाता है।. इस मामले में, प्रोग्राम कमांड और डेटा दोनों बाइनरी नंबर सिस्टम में एन्कोड किए गए हैं, यानी। उनकी रिकॉर्डिंग विधि समान है. इसलिए, कुछ स्थितियों में, आप कमांड पर डेटा के समान ही कार्य कर सकते हैं।

कंप्यूटर मेमोरी सेल में पते होते हैं जो क्रमिक रूप से क्रमांकित होते हैं. किसी भी समय, आप किसी भी मेमोरी सेल को उसके पते से एक्सेस कर सकते हैं। इस सिद्धांत ने प्रोग्रामिंग में वेरिएबल्स का उपयोग करने की संभावना खोल दी।

प्रोग्राम निष्पादन के दौरान सशर्त छलांग की संभावना. इस तथ्य के बावजूद कि कमांड क्रमिक रूप से निष्पादित होते हैं, प्रोग्राम कोड के किसी भी अनुभाग पर जाने की क्षमता लागू कर सकते हैं।

इन सिद्धांतों का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम यह है कि अब प्रोग्राम मशीन (जैसे, उदाहरण के लिए, एक कैलकुलेटर) का स्थायी हिस्सा नहीं रह गया है। प्रोग्राम को आसानी से बदलना संभव हो गया। लेकिन उपकरण, निश्चित रूप से, अपरिवर्तित और बहुत सरल रहता है।

तुलनात्मक रूप से, ENIAC कंप्यूटर (जिसमें कोई संग्रहीत प्रोग्राम नहीं था) का प्रोग्राम पैनल पर विशेष जंपर्स द्वारा निर्धारित किया गया था। मशीन को दोबारा प्रोग्राम करने (जम्पर्स को अलग तरीके से सेट करने) में एक दिन से अधिक का समय लग सकता है। और यद्यपि आधुनिक कंप्यूटरों के लिए प्रोग्राम लिखने में वर्षों लग सकते हैं, वे हार्ड ड्राइव पर इंस्टॉलेशन के कुछ मिनटों के बाद लाखों कंप्यूटरों पर काम करते हैं।

वॉन न्यूमैन मशीन कैसे काम करती है?

वॉन न्यूमैन मशीन में एक स्टोरेज डिवाइस (मेमोरी) - एक मेमोरी, एक अंकगणित-तार्किक इकाई - ALU, एक नियंत्रण डिवाइस - CU, साथ ही इनपुट और आउटपुट डिवाइस होते हैं।

प्रोग्राम और डेटा को एक अंकगणितीय तर्क इकाई के माध्यम से इनपुट डिवाइस से मेमोरी में दर्ज किया जाता है। सभी प्रोग्राम कमांड आसन्न मेमोरी कोशिकाओं में लिखे जाते हैं, और प्रसंस्करण के लिए डेटा को मनमाने ढंग से कोशिकाओं में समाहित किया जा सकता है। किसी भी प्रोग्राम के लिए, अंतिम कमांड शटडाउन कमांड होना चाहिए।

कमांड में यह संकेत होता है कि कौन सा ऑपरेशन किया जाना चाहिए (किसी दिए गए हार्डवेयर पर संभावित ऑपरेशन से) और मेमोरी कोशिकाओं के पते जहां निर्दिष्ट ऑपरेशन किया जाना चाहिए डेटा संग्रहीत किया जाता है, साथ ही सेल का पता भी होता है जहां परिणाम लिखा जाना चाहिए (यदि इसे स्मृति में सहेजने की आवश्यकता है)।

अंकगणितीय तर्क इकाई निर्दिष्ट डेटा पर निर्देशों द्वारा निर्दिष्ट संचालन करती है।

अंकगणित तर्क इकाई से, परिणाम मेमोरी या आउटपुट डिवाइस पर आउटपुट होते हैं। मेमोरी और आउटपुट डिवाइस के बीच मूलभूत अंतर यह है कि मेमोरी में, डेटा को कंप्यूटर द्वारा प्रोसेसिंग के लिए सुविधाजनक रूप में संग्रहीत किया जाता है, और इसे सुविधाजनक तरीके से आउटपुट डिवाइस (प्रिंटर, मॉनिटर इत्यादि) में भेजा जाता है। एक व्यक्ति के लिए.

नियंत्रण इकाई कंप्यूटर के सभी भागों को नियंत्रित करती है। नियंत्रण उपकरण से, अन्य उपकरणों को "क्या करना है" संकेत प्राप्त होते हैं, और अन्य उपकरणों से नियंत्रण इकाई को उनकी स्थिति के बारे में जानकारी प्राप्त होती है।

नियंत्रण उपकरण में एक विशेष रजिस्टर (सेल) होता है जिसे "प्रोग्राम काउंटर" कहा जाता है। प्रोग्राम और डेटा को मेमोरी में लोड करने के बाद, प्रोग्राम के पहले निर्देश का पता प्रोग्राम काउंटर पर लिखा जाता है। नियंत्रण इकाई मेमोरी से मेमोरी सेल की सामग्री को पढ़ती है, जिसका पता प्रोग्राम काउंटर में है, और इसे एक विशेष डिवाइस - "कमांड रजिस्टर" में रखता है। नियंत्रण इकाई कमांड के संचालन को निर्धारित करती है, मेमोरी में उस डेटा को "चिह्नित" करती है जिसके पते कमांड में निर्दिष्ट हैं, और कमांड के निष्पादन को नियंत्रित करता है। यह ऑपरेशन ALU या कंप्यूटर हार्डवेयर द्वारा किया जाता है।

किसी भी कमांड के निष्पादन के परिणामस्वरूप, प्रोग्राम काउंटर एक के बाद एक बदलता है और इसलिए, प्रोग्राम के अगले कमांड को इंगित करता है। जब किसी ऐसे कमांड को निष्पादित करना आवश्यक होता है जो वर्तमान कमांड के बगल में नहीं है, लेकिन दिए गए पते से एक निश्चित संख्या में पते से अलग होता है, तो एक विशेष जंप कमांड में सेल का पता होता है जिस पर नियंत्रण स्थानांतरित किया जाना चाहिए .

इस प्रकार की मशीन को अक्सर "वॉन न्यूमैन मशीन" के रूप में जाना जाता है, लेकिन इन अवधारणाओं के बीच पत्राचार हमेशा स्पष्ट नहीं होता है। सामान्य तौर पर, जब लोग वॉन न्यूमैन वास्तुकला के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब एक मेमोरी में डेटा और निर्देशों को संग्रहीत करने के सिद्धांत से होता है।

विश्वकोश यूट्यूब

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  कंप्यूटर आर्किटेक्चर के सिद्धांत की नींव वॉन न्यूमैन द्वारा 1944 में रखी गई थी, जब वह दुनिया के पहले ट्यूब कंप्यूटर, ENIAC के निर्माण में शामिल हुए थे। पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय में ENIAC पर काम करते समय, अपने सहयोगियों जॉन विलियम मौचली, जॉन एकर्ट, हरमन गोल्डस्टाइन और आर्थर बर्क्स के साथ कई चर्चाओं के दौरान, EDVAC नामक एक अधिक उन्नत मशीन का विचार आया। EDVAC पर अनुसंधान कार्य ENIAC के निर्माण के समानांतर जारी रहा।

  मार्च 1945 में, तार्किक वास्तुकला के सिद्धांतों को "EDVAC पर पहली ड्राफ्ट रिपोर्ट" नामक एक दस्तावेज़ में औपचारिक रूप दिया गया था - अमेरिकी सेना बैलिस्टिक प्रयोगशाला के लिए एक रिपोर्ट, जिसने ENIAC के निर्माण और EDVAC के विकास को वित्तपोषित किया था। रिपोर्ट, चूँकि यह केवल एक मसौदा था, प्रकाशन के लिए नहीं थी, बल्कि केवल समूह के भीतर वितरण के लिए थी, लेकिन अमेरिकी सेना के परियोजना पर्यवेक्षक हरमन गोल्डस्टीन ने इस वैज्ञानिक कार्य की नकल की और इसे वैज्ञानिकों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए भेजा। समीक्षा। चूँकि दस्तावेज़ के पहले पृष्ठ पर केवल वॉन न्यूमैन का नाम था, दस्तावेज़ पढ़ने वालों को यह गलत धारणा थी कि वह काम में प्रस्तुत सभी विचारों के लेखक थे। दस्तावेज़ ने पर्याप्त जानकारी प्रदान की ताकि जो लोग इसे पढ़ें वे समान सिद्धांतों और समान वास्तुकला के साथ ईडीवीएसी के समान अपने कंप्यूटर बना सकें, जिसके परिणामस्वरूप "वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर" के रूप में जाना जाने लगा।

  द्वितीय विश्व युद्ध की समाप्ति और फरवरी 1946 में ENIAC पर काम समाप्त होने के बाद, इंजीनियरों और वैज्ञानिकों की टीम टूट गई, जॉन मौचली और जॉन एकर्ट ने व्यवसाय में जाने और व्यावसायिक आधार पर कंप्यूटर बनाने का फैसला किया। वॉन न्यूमैन, गोल्डस्टीन और बर्क्स चले गए, जहां उन्होंने ईडीवीएसी के समान अपना खुद का "आईएएस मशीन" कंप्यूटर बनाने और अनुसंधान कार्य के लिए इसका उपयोग करने का फैसला किया। जून 1946 में, उन्होंने अब क्लासिक लेख, "इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग डिवाइस के तार्किक डिजाइन का प्रारंभिक विचार" में कंप्यूटर के निर्माण के लिए अपने सिद्धांतों को रेखांकित किया। तब से आधी सदी से अधिक समय बीत चुका है, लेकिन इसमें रखे गए प्रावधान आज भी प्रासंगिक हैं। लेख संख्याओं को दर्शाने के लिए बाइनरी सिस्टम के उपयोग की पुष्टि करता है, लेकिन पहले सभी कंप्यूटर संसाधित संख्याओं को दशमलव रूप में संग्रहीत करते थे। लेखकों ने तकनीकी कार्यान्वयन के लिए बाइनरी सिस्टम के फायदे, इसमें अंकगणित और तार्किक संचालन करने की सुविधा और आसानी का प्रदर्शन किया। बाद में, कंप्यूटर ने गैर-संख्यात्मक प्रकार की सूचनाओं को संसाधित करना शुरू कर दिया - पाठ, ग्राफिक, ध्वनि और अन्य, लेकिन बाइनरी डेटा कोडिंग अभी भी किसी भी आधुनिक कंप्यूटर का सूचना आधार बनाती है।

  बाइनरी कोड के साथ काम करने वाली मशीनों के अलावा, टर्नरी मशीनें भी थीं और अब भी हैं। बाइनरी कंप्यूटर की तुलना में टर्नरी कंप्यूटर के कई फायदे और नुकसान हैं। फायदों में गति (अतिरिक्त संचालन लगभग डेढ़ गुना तेजी से किया जाता है), बाइनरी और टर्नरी लॉजिक की उपस्थिति, हस्ताक्षरित पूर्णांकों का सममित प्रतिनिधित्व (बाइनरी लॉजिक में या तो दो शून्य (सकारात्मक और नकारात्मक) होंगे), या हैं एक ऐसी संख्या होगी जिसका विपरीत चिह्न के साथ कोई जोड़ा नहीं होगा)। नुकसान यह है कि बाइनरी मशीनों की तुलना में कार्यान्वयन अधिक जटिल है।

  एक और क्रांतिकारी विचार, जिसके महत्व को कम करके आंकना मुश्किल है, वह है "संग्रहीत कार्यक्रम" का सिद्धांत। प्रारंभ में, प्रोग्राम को एक विशेष पैच पैनल पर जंपर्स स्थापित करके सेट किया गया था। यह एक बहुत ही श्रमसाध्य कार्य था: उदाहरण के लिए, ENIAC मशीन के प्रोग्राम को बदलने में कई दिन लग गए, जबकि गणना स्वयं कुछ मिनटों से अधिक नहीं चल सकी - लैंप, जिनमें से एक बड़ी संख्या थी, विफल हो गए। हालाँकि, प्रोग्राम को शून्य और एक के संग्रह के रूप में भी संग्रहीत किया जा सकता है, और उसी मेमोरी में जिस संख्या को वह संसाधित करता है। प्रोग्राम और डेटा के बीच मूलभूत अंतर की अनुपस्थिति ने कंप्यूटर के लिए गणना के परिणामों के अनुसार अपने लिए एक प्रोग्राम बनाना संभव बना दिया।

  निष्पादन योग्य आदेशों और प्रोग्रामों के दिए गए सेट की उपस्थिति पहले कंप्यूटर सिस्टम की एक विशिष्ट विशेषता थी। आज, कंप्यूटिंग डिवाइस के डिज़ाइन को सरल बनाने के लिए इसी तरह के डिज़ाइन का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, डेस्कटॉप कैलकुलेटर, सिद्धांत रूप में, प्रोग्रामों के एक निश्चित सेट वाले उपकरण हैं जिन्हें निष्पादित किया जा सकता है। उनका उपयोग गणितीय गणनाओं के लिए किया जा सकता है, लेकिन ग्राफिक छवियों या वीडियो को देखने के लिए टेक्स्ट प्रोसेसिंग और कंप्यूटर गेम के लिए उपयोग करना लगभग असंभव है। इस प्रकार के डिवाइस के लिए फर्मवेयर बदलने के लिए लगभग पूर्ण पुन: काम की आवश्यकता होती है, और ज्यादातर मामलों में यह असंभव है। हालाँकि, शुरुआती कंप्यूटर सिस्टम की रीप्रोग्रामिंग अभी भी की जाती थी, लेकिन नए दस्तावेज़ तैयार करने, ब्लॉकों और उपकरणों को फिर से जोड़ने और पुनर्निर्माण करने आदि के लिए बड़ी मात्रा में मैन्युअल काम की आवश्यकता होती थी।

  कंप्यूटर प्रोग्राम को साझा मेमोरी में संग्रहीत करने के विचार ने सब कुछ बदल दिया। इसकी शुरूआत के समय तक, निष्पादन योग्य निर्देश सेटों पर आधारित आर्किटेक्चर के उपयोग और एक प्रोग्राम में लिखे गए निर्देशों को निष्पादित करने की प्रक्रिया के रूप में कंप्यूटिंग प्रक्रिया के प्रतिनिधित्व ने डेटा प्रोसेसिंग के संदर्भ में कंप्यूटिंग सिस्टम के लचीलेपन में काफी वृद्धि की थी। डेटा और निर्देशों को देखने के समान दृष्टिकोण ने प्रोग्रामों को स्वयं बदलना आसान बना दिया।

  वॉन न्यूमैन के सिद्धांत

  स्मृति समरूपता का सिद्धांत "वॉन न्यूमैन" (प्रिंसटन) वास्तुकला और "हार्वर्ड" वास्तुकला के बीच मूलभूत अंतर। कमांड और डेटा एक ही मेमोरी में संग्रहीत होते हैं और मेमोरी में बाहरी रूप से अप्रभेद्य होते हैं। उन्हें केवल उपयोग की विधि से ही पहचाना जा सकता है; यानी, मेमोरी सेल में समान मान को डेटा के रूप में, कमांड के रूप में और पते के रूप में उपयोग किया जा सकता है, यह केवल उस तक पहुंचने के तरीके पर निर्भर करता है। यह आपको कमांड पर संख्याओं के समान ही संचालन करने की अनुमति देता है, और, तदनुसार, कई संभावनाएं खोलता है। इस प्रकार, कमांड के पता भाग को चक्रीय रूप से बदलकर, डेटा सरणी के क्रमिक तत्वों तक पहुंचना संभव है। इस तकनीक को कमांड संशोधन कहा जाता है और आधुनिक प्रोग्रामिंग के दृष्टिकोण से इसकी अनुशंसा नहीं की जाती है। समरूपता के सिद्धांत का एक और परिणाम अधिक उपयोगी है, जब एक प्रोग्राम से निर्देश दूसरे प्रोग्राम के निष्पादन के परिणामस्वरूप प्राप्त किए जा सकते हैं। यह संभावना अनुवाद को रेखांकित करती है - उच्च स्तरीय भाषा से किसी विशिष्ट कंप्यूटर की भाषा में प्रोग्राम टेक्स्ट का अनुवाद। संबोधित करने का सिद्धांत संरचनात्मक रूप से, मुख्य मेमोरी में क्रमांकित सेल होते हैं, और कोई भी सेल किसी भी समय प्रोसेसर के लिए उपलब्ध होता है। कमांड और डेटा के बाइनरी कोड को सूचना की इकाइयों में विभाजित किया जाता है जिन्हें शब्द कहा जाता है और मेमोरी कोशिकाओं में संग्रहीत किया जाता है, और उन तक पहुंचने के लिए संबंधित कोशिकाओं की संख्या - पते का उपयोग किया जाता है। कार्यक्रम नियंत्रण का सिद्धांत किसी समस्या को हल करने के लिए एल्गोरिदम द्वारा प्रदान की गई सभी गणनाओं को नियंत्रण शब्दों - आदेशों के अनुक्रम से युक्त एक कार्यक्रम के रूप में प्रस्तुत किया जाना चाहिए। प्रत्येक कमांड कंप्यूटर द्वारा कार्यान्वित संचालन के एक सेट से कुछ संचालन निर्धारित करता है। प्रोग्राम कमांड कंप्यूटर की अनुक्रमिक मेमोरी कोशिकाओं में संग्रहीत होते हैं और प्राकृतिक क्रम में, यानी प्रोग्राम में उनकी स्थिति के क्रम में निष्पादित होते हैं। यदि आवश्यक हो तो विशेष आदेशों का उपयोग करके इस क्रम को बदला जा सकता है। प्रोग्राम कमांड के निष्पादन के क्रम को बदलने का निर्णय या तो पिछली गणनाओं के परिणामों के विश्लेषण के आधार पर या बिना शर्त किया जाता है। बाइनरी कोडिंग का सिद्धांत इस सिद्धांत के अनुसार, सभी जानकारी, डेटा और कमांड दोनों, बाइनरी अंक 0 और 1 के साथ एन्कोडेड हैं। प्रत्येक प्रकार की जानकारी को बाइनरी अनुक्रम द्वारा दर्शाया जाता है और इसका अपना प्रारूप होता है। किसी प्रारूप में बिट्स का एक अनुक्रम जिसका एक विशिष्ट अर्थ होता है, फ़ील्ड कहलाता है। संख्यात्मक जानकारी में, आमतौर पर एक संकेत फ़ील्ड और एक महत्वपूर्ण अंक फ़ील्ड होता है। सबसे सरल मामले में, कमांड प्रारूप को दो फ़ील्ड में विभाजित किया जा सकता है: ऑपरेशन कोड फ़ील्ड और एड्रेस फ़ील्ड।

  कंप्यूटर का निर्माण वॉन न्यूमैन सिद्धांतों पर किया गया

  योजना के अनुसार, वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर के अनुसार निर्मित पहला कंप्यूटर EDVAC (इलेक्ट्रॉनिक डिस्क्रीट वेरिएबल ऑटोमैटिक कंप्यूटर) होना था - जो पहले इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों में से एक था। अपने पूर्ववर्ती ENIAC के विपरीत, यह दशमलव आधारित कंप्यूटर के बजाय एक बाइनरी था। ENIAC की तरह, EDVAC को एक गणितज्ञ की सक्रिय सहायता से, जॉन प्रेस्पर एकर्ट और जॉन विलियम मौचली के नेतृत्व में इंजीनियरों और वैज्ञानिकों की एक टीम द्वारा अमेरिकी सेना बैलिस्टिक अनुसंधान प्रयोगशाला के लिए पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय के मूर इंस्टीट्यूट में विकसित किया गया था], लेकिन जब तक 1951 विश्वसनीय कंप्यूटर मेमोरी बनाने में तकनीकी कठिनाइयों और विकास टीम के भीतर असहमति के कारण EDVAC लॉन्च नहीं किया गया था। अन्य अनुसंधान संस्थान, ENIAC और EDVAC परियोजना से परिचित होने के कारण, इन समस्याओं को बहुत पहले ही हल करने में सक्षम थे। वॉन न्यूमैन वास्तुकला की मुख्य विशेषताओं को लागू करने वाले पहले कंप्यूटर थे:

  1. प्रोटोटाइप - मैनचेस्टर स्मॉल एक्सपेरिमेंटल मशीन - मैनचेस्टर यूनिवर्सिटी, यूके, 21 जून 1948;
  2. ईडीएसएसी - कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय, यूके, 6 मई 1949;
  3. मैनचेस्टर मार्क I - मैनचेस्टर यूनिवर्सिटी, यूके, 1949;
  4. बिनैक - यूएसए, अप्रैल या अगस्त 1949;
  5. सीएसआईआर एमके 1
  6. ईडीवीएसी - यूएसए, अगस्त 1949 - वास्तव में 1952 में लॉन्च किया गया;
  7. सीएसआईआरएसी - ऑस्ट्रेलिया, नवंबर 1949;
  8. एसईएसी - यूएसए, 9 मई 1950;
  9. ऑर्डवैक - यूएसए, नवंबर 1951;
  10. आईएएस मशीन - यूएसए, 10 जून, 1952;
  11. MANIAC I - यूएसए, मार्च 1952;
  12. एविडैक - यूएसए, 28 जनवरी, 1953;
  13. ओरेकल - यूएसए, 1953 के अंत में;
  14. वेइज़ैक - इज़राइल, 1955;
  15. सिलियाक - ऑस्ट्रेलिया, 4 जुलाई, 1956।

  यूएसएसआर में, वॉन न्यूमैन के सिद्धांतों के करीब पहला पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर एमईएसएम था, जिसे लेबेडेव (यूक्रेनी एसएसआर के विज्ञान अकादमी के कीव इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के आधार पर) द्वारा बनाया गया था, जिसने दिसंबर 1951 में राज्य स्वीकृति परीक्षण पास किया था। .

  वॉन न्यूमैन वास्तुकला की अड़चन

  प्रोग्राम मेमोरी और डेटा मेमोरी के लिए बस साझा करने से वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर की बाधा उत्पन्न होती है, अर्थात् मेमोरी की मात्रा की तुलना में प्रोसेसर और मेमोरी के बीच बैंडविड्थ की सीमा। क्योंकि प्रोग्राम मेमोरी और डेटा मेमोरी को एक ही समय में एक्सेस नहीं किया जा सकता है, प्रोसेसर-टू-मेमोरी बैंडविड्थ और मेमोरी स्पीड प्रोसेसर की गति को काफी हद तक सीमित कर देती है - अगर प्रोग्राम और डेटा को अलग-अलग स्थानों पर संग्रहीत किया जाता है तो उससे कहीं अधिक। चूंकि प्रोसेसर की गति और मेमोरी क्षमता उनके बीच बैंडविड्थ की तुलना में बहुत तेजी से बढ़ी है, इसलिए बाधा एक बड़ी समस्या बन गई है, प्रत्येक नई पीढ़ी के प्रोसेसर के साथ इसकी गंभीरता बढ़ती जा रही है। ] ; कैशिंग सिस्टम में सुधार करके इस समस्या का समाधान किया जाता है, और यह कई नई समस्याओं को जन्म देता है [ जो लोग?] .

  शब्द "वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर बॉटलनेक" जॉन बैकस द्वारा 1977 में अपने ट्यूरिंग अवार्ड व्याख्यान "कैन प्रोग्रामिंग बी फ्रीड फ्रॉम द वॉन न्यूमैन स्टाइल?" में गढ़ा गया था।

  2015 में संयुक्त राज्य अमेरिका और इटली के वैज्ञानिकों ने वॉन न्यूमैन से अलग वास्तुकला और संपूर्ण समस्याओं को हल करने के लिए इसका उपयोग करने की संभावना के साथ एक प्रोटोटाइप मेम प्रोसेसर (अंग्रेजी मेमप्रोसेसर) के निर्माण की घोषणा की।

  यह सभी देखें

  साहित्य

  • हरमन एच. गोल्डस्टाइन।कंप्यूटर पास्कल से वॉन न्यूमैन तक। - प्रिंसटन यूनिवर्सिटी प्रेस, 1980. - 365 पी। - आईएसबीएन 9780691023670।(अंग्रेज़ी)
  • विलियम एस्प्रे.जॉन वॉन न्यूमैन और आधुनिक कंप्यूटिंग की उत्पत्ति। - एमआईटी प्रेस, 1990. - 394 पी। - आईएसबीएन 0262011212।(अंग्रेज़ी)
  • स्कॉट मेकार्टनी. ENIAC: विश्व के पहले कंप्यूटर की विजय और त्रासदी - बर्कले बुक्स, 2001. - 262 पी।

  1946 में, डी. वॉन न्यूमैन, जी. गोल्डस्टीन और ए. बर्क्स ने अपने संयुक्त लेख में कंप्यूटर के निर्माण और संचालन के लिए नए सिद्धांतों की रूपरेखा तैयार की। इसके बाद, कंप्यूटर की पहली दो पीढ़ियों का निर्माण इन्हीं सिद्धांतों के आधार पर किया गया। बाद की पीढ़ियों में कुछ बदलाव हुए हैं, हालाँकि न्यूमैन के सिद्धांत आज भी प्रासंगिक हैं।

  वास्तव में, न्यूमैन कई अन्य वैज्ञानिकों के वैज्ञानिक विकास और खोजों को संक्षेप में प्रस्तुत करने और उनके आधार पर मौलिक रूप से कुछ नया तैयार करने में कामयाब रहे।

  कार्यक्रम नियंत्रण सिद्धांत:एक प्रोग्राम में एक निश्चित क्रम में प्रोसेसर द्वारा निष्पादित कमांड का एक सेट होता है।

  स्मृति एकरूपता का सिद्धांत:प्रोग्राम और डेटा एक ही मेमोरी में संग्रहीत होते हैं।

  लक्ष्यीकरण सिद्धांत:संरचनात्मक रूप से, मुख्य मेमोरी में क्रमांकित कोशिकाएँ होती हैं। कोई भी सेल किसी भी समय प्रोसेसर के लिए उपलब्ध है।

  उपरोक्त सिद्धांतों पर निर्मित कंप्यूटर वॉन न्यूमैन प्रकार के होते हैं।

  इन सिद्धांतों का सबसे महत्वपूर्ण परिणाम यह है कि अब प्रोग्राम मशीन (जैसे, उदाहरण के लिए, एक कैलकुलेटर) का स्थायी हिस्सा नहीं रह गया है। प्रोग्राम को आसानी से बदलना संभव हो गया। तुलनात्मक रूप से, ENIAC कंप्यूटर (जिसमें कोई संग्रहीत प्रोग्राम नहीं था) का प्रोग्राम पैनल पर विशेष जंपर्स द्वारा निर्धारित किया गया था। मशीन को दोबारा प्रोग्राम करने (जम्पर्स को अलग तरीके से सेट करने) में एक दिन से अधिक का समय लग सकता है। और यद्यपि आधुनिक कंप्यूटरों के लिए प्रोग्राम लिखने में वर्षों लग सकते हैं, लेकिन वे लाखों कंप्यूटरों पर काम करते हैं, प्रोग्राम इंस्टॉल करने के लिए महत्वपूर्ण समय निवेश की आवश्यकता नहीं होती है।

  उपरोक्त तीन सिद्धांतों के अलावा, वॉन न्यूमैन ने बाइनरी कोडिंग का सिद्धांत प्रस्तावित किया -बाइनरी संख्या प्रणाली का उपयोग डेटा और कमांड को दर्शाने के लिए किया जाता है (पहली मशीनें दशमलव संख्या प्रणाली का उपयोग करती थीं)। लेकिन बाद के विकासों ने गैर-पारंपरिक संख्या प्रणालियों के उपयोग की संभावना दिखाई।

  1956 की शुरुआत में, शिक्षाविद् एस.एल. की पहल पर। मॉस्को विश्वविद्यालय के यांत्रिकी और गणित संकाय में कम्प्यूटेशनल गणित विभाग के प्रमुख सोबोलेव, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी कंप्यूटर सेंटर में एक इलेक्ट्रॉनिक्स विभाग की स्थापना की गई और डिजिटल कंप्यूटर का व्यावहारिक उदाहरण बनाने के लक्ष्य के साथ एक सेमिनार शुरू हुआ। विश्वविद्यालयों के साथ-साथ औद्योगिक उद्यमों की प्रयोगशालाओं और डिज़ाइन ब्यूरो में उपयोग के लिए अभिप्रेत है। एक छोटा कंप्यूटर विकसित करना आवश्यक था जो सीखने और उपयोग करने में आसान, विश्वसनीय, सस्ता और साथ ही कई प्रकार के कार्यों में प्रभावी हो। उस समय उपलब्ध कंप्यूटरों और उनके कार्यान्वयन की तकनीकी क्षमताओं के एक वर्ष तक गहन अध्ययन के परिणामस्वरूप एक संतुलित संख्या प्रणाली को लागू करने के लिए बनाई गई मशीन में बाइनरी नहीं, बल्कि एक टर्नरी सममित कोड का उपयोग करने का एक गैर-मानक निर्णय लिया गया, जो बीस साल बाद डी. नथ को शायद सबसे खूबसूरत कहा जाएगा और, जैसा कि बाद में ज्ञात हुआ, जिसके फायदों की पहचान के. शैनन ने 1950 में की थी। संख्या 0, 1 के साथ बाइनरी कोड के विपरीत, जो आम तौर पर आधुनिक कंप्यूटरों में स्वीकार किया जाता है, जो इसमें नकारात्मक संख्याओं को सीधे प्रस्तुत करने की असंभवता के कारण अंकगणितीय रूप से निम्न है, संख्या -1, 0, 1 के साथ टर्नरी कोड इष्टतम प्रदान करता है हस्ताक्षरित संख्याओं के अंकगणित का निर्माण। टर्नरी संख्या प्रणाली आधुनिक कंप्यूटरों में अपनाई गई बाइनरी प्रणाली के समान एन्कोडिंग संख्याओं के समान स्थितीय सिद्धांत पर आधारित है, लेकिन भार मैंइसमें वां स्थान (अंक) 2 i के बराबर नहीं, बल्कि 3 i के बराबर है। इसके अलावा, अंक स्वयं दो-अंकीय (बिट्स नहीं) हैं, लेकिन तीन-अंकीय (ट्राइट्स) हैं - 0 और 1 के अलावा, वे एक तीसरे मान की अनुमति देते हैं, जो एक सममित प्रणाली में -1 है, जिसके कारण दोनों सकारात्मक हैं और ऋणात्मक संख्याएँ समान रूप से प्रतिनिधित्व योग्य हैं। एन-ट्राइट पूर्णांक एन का मान एन-बिट पूर्णांक के मान के समान ही निर्धारित किया जाता है:

  जहां a i ∈ (1, 0, -1) i-वें अंक का मान है।

  अप्रैल 1960 में, "सेटुन" नामक एक प्रोटोटाइप कंप्यूटर का अंतरविभागीय परीक्षण किया गया, इन परीक्षणों के परिणामों के आधार पर, "सेटुन" को लैम्पलेस तत्वों पर आधारित एक सार्वभौमिक कंप्यूटर के पहले कार्यशील मॉडल के रूप में मान्यता दी गई, जिसकी विशेषता " उच्च प्रदर्शन, पर्याप्त विश्वसनीयता, छोटे आयाम और रखरखाव में आसानी।" "सेटुन", टर्नरी सममित कोड की स्वाभाविकता के लिए धन्यवाद, वास्तव में सार्वभौमिक, आसानी से प्रोग्राम करने योग्य और बहुत प्रभावी कंप्यूटिंग उपकरण बन गया है, जिसने खुद को सकारात्मक रूप से साबित किया है। विशेष रूप से, तीस से अधिक विश्वविद्यालयों में कम्प्यूटेशनल गणित पढ़ाने के तकनीकी साधन के रूप में। और वायु सेना इंजीनियरिंग अकादमी में। ज़ुकोवस्की के अनुसार, यह "सेटुन" में था कि एक स्वचालित कंप्यूटर प्रशिक्षण प्रणाली पहली बार लागू की गई थी।

  

  वॉन न्यूमैन के सिद्धांतों के अनुसार, एक कंप्यूटर में शामिल हैं:

  · अंकगणितीय तर्क इकाई - ALU(इंग्लैंड। ALU, अंकगणित और तर्क इकाई), जो अंकगणित और तार्किक संचालन करता है; नियंत्रण उपकरण -यूयू, कार्यक्रमों के निष्पादन को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया;

  · भंडारण उपकरण (भंडारण), सहित। रैंडम एक्सेस मेमोरी (रैम - प्राइमरी मेमोरी) और एक्सटर्नल स्टोरेज डिवाइस (ईएसडी); के बारे में मुख्य स्मृति डेटा और प्रोग्राम संग्रहीत हैं; एक मेमोरी मॉड्यूल में कई क्रमांकित सेल होते हैं; प्रत्येक सेल में एक बाइनरी नंबर हो सकता है जिसे या तो कमांड के रूप में या डेटा के रूप में व्याख्या किया जाता है;

  · पर इनपुट/आउटपुट डिवाइस, जो कंप्यूटर और बाहरी वातावरण के बीच डेटा स्थानांतरित करने का काम करता है, जिसमें विभिन्न परिधीय उपकरण शामिल होते हैं, जिनमें माध्यमिक मेमोरी, संचार उपकरण और टर्मिनल शामिल होते हैं।

  प्रोसेसर (ALU और कंट्रोल यूनिट), मुख्य मेमोरी और इनपुट/आउटपुट डिवाइस के बीच इंटरेक्शन प्रदान करता है सिस्टम बस .

  वॉन न्यूमैन कंप्यूटर वास्तुकला को शास्त्रीय माना जाता है, अधिकांश कंप्यूटर इसी पर बने होते हैं। सामान्य तौर पर, जब वे वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब प्रोग्राम और डेटा स्टोरेज डिवाइस से प्रोसेसर मॉड्यूल का भौतिक पृथक्करण होता है। कंप्यूटर प्रोग्राम को साझा मेमोरी में संग्रहीत करने के विचार ने कंप्यूटर को सार्वभौमिक उपकरणों में बदलना संभव बना दिया जो कई प्रकार के कार्य करने में सक्षम हैं। प्रोग्राम और डेटा को एक अंकगणितीय तर्क इकाई के माध्यम से इनपुट डिवाइस से मेमोरी में दर्ज किया जाता है। सभी प्रोग्राम कमांड आसन्न मेमोरी कोशिकाओं में लिखे जाते हैं, और प्रसंस्करण के लिए डेटा को मनमाने ढंग से कोशिकाओं में समाहित किया जा सकता है। किसी भी प्रोग्राम के लिए, अंतिम कमांड शटडाउन कमांड होना चाहिए।

  आज अधिकांश कंप्यूटर वॉन न्यूमैन मशीनें हैं। एकमात्र अपवाद समानांतर कंप्यूटिंग के लिए कुछ प्रकार के सिस्टम हैं, जिनमें कोई प्रोग्राम काउंटर नहीं है, एक चर की शास्त्रीय अवधारणा लागू नहीं की गई है, और शास्त्रीय मॉडल से अन्य महत्वपूर्ण मूलभूत अंतर हैं (उदाहरणों में स्ट्रीमिंग और रिडक्शन कंप्यूटर शामिल हैं)। जाहिर है, पांचवीं पीढ़ी की मशीनों के विचार के विकास के परिणामस्वरूप वॉन न्यूमैन वास्तुकला से एक महत्वपूर्ण विचलन होगा, जिसमें सूचना प्रसंस्करण गणना पर नहीं, बल्कि तार्किक निष्कर्ष पर आधारित है।

  2.2 कमांड, कमांड प्रारूप

  एक कमांड एक प्रारंभिक ऑपरेशन का विवरण है जिसे कंप्यूटर को निष्पादित करना होगा।

  टीम संरचना.

  कमांड लिखने के लिए आवंटित बिट्स की संख्या किसी विशेष कंप्यूटर मॉडल के हार्डवेयर पर निर्भर करती है। इस संबंध में, हम सामान्य मामले के लिए एक विशिष्ट टीम की संरचना पर विचार करेंगे।

  सामान्य तौर पर, कमांड में निम्नलिखित जानकारी होती है:

  Ø किए जा रहे ऑपरेशन का कोड;

  Ø ऑपरेंड या उनके पते को परिभाषित करने के लिए निर्देश;

  Ø परिणामी परिणाम रखने के निर्देश।

  किसी भी मशीन के लिए, उसके प्रत्येक पते और ऑपकोड के लिए निर्देश में आवंटित बाइनरी बिट्स की संख्या निर्दिष्ट की जानी चाहिए, साथ ही वास्तविक ऑपकोड भी निर्दिष्ट किए जाने चाहिए। किसी मशीन का निर्माण करते समय उसके प्रत्येक पते के लिए आवंटित निर्देश में बिट्स की संख्या मशीन मेमोरी कोशिकाओं की संख्या पर ऊपरी सीमा निर्धारित करती है जिनके अलग-अलग पते होते हैं: यदि किसी निर्देश में पता एन बिट्स द्वारा दर्शाया जाता है, तो तेज़ एक्सेस मेमोरी 2 n से अधिक कोशिकाएँ नहीं हो सकतीं।

  कमांड को निष्पादन योग्य प्रोग्राम के शुरुआती पते (प्रवेश बिंदु) से शुरू करके क्रमिक रूप से निष्पादित किया जाता है, प्रत्येक बाद के कमांड का पता पिछले कमांड के पते से एक बड़ा होता है, यदि यह जंप कमांड नहीं था।

  आधुनिक मशीनों में, निर्देशों की लंबाई परिवर्तनशील होती है (आमतौर पर दो से चार बाइट्स तक), और परिवर्तनीय पते निर्दिष्ट करने के तरीके बहुत विविध होते हैं।

  उदाहरण के लिए, कमांड के पता भाग में ये शामिल हो सकते हैं:

  संकार्य;

  संकार्य पता;

  ऑपरेंड पता पता (वह बाइट नंबर जिससे ऑपरेंड पता स्थित है), आदि।

  आइए कई प्रकार के आदेशों के लिए संभावित विकल्पों की संरचना पर विचार करें।

  तीन पते वाले आदेश.

  दो पते वाले आदेश.

  यूनिकैस्ट कमांड.

  असंबोधित आदेश.

  बाइनरी जोड़ ऑपरेशन पर विचार करें: सी = ए + बी।

  मेमोरी में प्रत्येक चर के लिए, हम सशर्त पते परिभाषित करते हैं:

  मान लीजिए 53 अतिरिक्त ऑपरेशन कोड है।

  इस मामले में, तीन-पता कमांड संरचना इस तरह दिखती है:

  · तीन पते वाले आदेश.

  कमांड निष्पादन प्रक्रिया को निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया गया है:

  अगला निर्देश मेमोरी सेल से चुना जाता है, जिसका पता प्रोग्राम काउंटर में संग्रहीत होता है; काउंटर की सामग्री बदल दी गई है और अब क्रम में अगले कमांड का पता शामिल है;

  चयनित कमांड नियंत्रण डिवाइस को कमांड रजिस्टर में प्रेषित किया जाता है;

  नियंत्रण उपकरण कमांड के पता फ़ील्ड को डिक्रिप्ट करता है;

  नियंत्रण इकाई से संकेतों के आधार पर, ऑपरेंड के मूल्यों को मेमोरी से पढ़ा जाता है और विशेष ऑपरेंड रजिस्टरों में ALU में लिखा जाता है;

  नियंत्रण इकाई ऑपरेशन कोड को डिक्रिप्ट करती है और डेटा पर संबंधित ऑपरेशन करने के लिए ALU को एक सिग्नल जारी करती है;

  इस मामले में ऑपरेशन का परिणाम मेमोरी में भेजा जाता है (यूनीएड्रेस और दो-एड्रेस कंप्यूटर में यह प्रोसेसर में रहता है);

  STOP कमांड तक पहुंचने तक पिछली सभी कार्रवाइयां की जाती हैं।

  2.3 कंप्यूटर एक ऑटोमेटन के रूप में

  "प्रोग्राम नियंत्रण वाली इलेक्ट्रॉनिक डिजिटल मशीनें वर्तमान में सबसे सामान्य प्रकार के असतत सूचना कनवर्टर्स में से एक का एक उदाहरण हैं, जिन्हें असतत या डिजिटल ऑटोमेटा कहा जाता है" (ग्लूशकोव वी.एम. डिजिटल ऑटोमेटा का संश्लेषण)

  कोई भी कंप्यूटर स्वचालित रूप से संचालित होता है (चाहे वह बड़ा या छोटा कंप्यूटर हो, पर्सनल कंप्यूटर हो या सुपर कंप्यूटर)। इस अर्थ में, एक कंप्यूटर को एक ऑटोमेटन के रूप में चित्र में दिखाए गए ब्लॉक आरेख द्वारा वर्णित किया जा सकता है। 2.1.

  पिछले पैराग्राफ में कंप्यूटर के ब्लॉक डायग्राम पर विचार किया गया था। कंप्यूटर के ब्लॉक आरेख और मशीन के सर्किट आरेख के आधार पर, हम मशीन सर्किट के ब्लॉक और कंप्यूटर ब्लॉक आरेख के तत्वों की तुलना कर सकते हैं।

  निम्नलिखित को मशीन में कार्यकारी तत्वों के रूप में शामिल किया गया है:

  अंकगणित-तार्किक उपकरण:

  · याद;

  · सूचना इनपुट/आउटपुट डिवाइस।

  मशीन का नियंत्रण तत्व नियंत्रण उपकरण है, जो वास्तव में स्वचालित संचालन प्रदान करता है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, आधुनिक कंप्यूटिंग उपकरणों में मुख्य कार्यकारी तत्व एक प्रोसेसर या माइक्रोप्रोसेसर होता है, जिसमें एक ALU, मेमोरी और नियंत्रण डिवाइस होता है।

  मशीन के सहायक उपकरण सभी प्रकार के अतिरिक्त साधन हो सकते हैं जो मशीन की क्षमताओं में सुधार या विस्तार करते हैं।

  वॉन न्यूमैन वास्तुकला(अंग्रेज़ी) वॉन न्यूमैन वास्तुकला) कंप्यूटर मेमोरी में प्रोग्राम और डेटा के संयुक्त भंडारण का एक प्रसिद्ध सिद्धांत है। इस प्रकार की कंप्यूटिंग प्रणालियों को अक्सर "वॉन न्यूमैन मशीनें" कहा जाता है, हालांकि, इन अवधारणाओं का पत्राचार हमेशा स्पष्ट नहीं होता है। सामान्य तौर पर, जब वे वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब प्रोग्राम और डेटा स्टोरेज डिवाइस से प्रोसेसर मॉड्यूल का भौतिक पृथक्करण होता है।

  निष्पादन योग्य आदेशों और प्रोग्रामों के दिए गए सेट की उपस्थिति पहले कंप्यूटर सिस्टम की एक विशिष्ट विशेषता थी। आज, कंप्यूटिंग डिवाइस के डिज़ाइन को सरल बनाने के लिए इसी तरह के डिज़ाइन का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, डेस्कटॉप कैलकुलेटर, सिद्धांत रूप में, प्रोग्रामों के एक निश्चित सेट वाले उपकरण हैं जिन्हें निष्पादित किया जा सकता है। उनका उपयोग गणितीय गणनाओं के लिए किया जा सकता है, लेकिन टेक्स्ट प्रोसेसिंग और कंप्यूटर गेम, ग्राफिक छवियों या वीडियो को देखने के लिए नहीं किया जा सकता है। इस प्रकार के डिवाइस के लिए फर्मवेयर बदलने के लिए लगभग पूर्ण पुन: काम की आवश्यकता होती है, और ज्यादातर मामलों में यह असंभव है। हालाँकि, शुरुआती कंप्यूटर सिस्टम की रीप्रोग्रामिंग अभी भी की जाती थी, लेकिन नए दस्तावेज़ तैयार करने, ब्लॉकों और उपकरणों को फिर से जोड़ने और पुनर्निर्माण करने आदि के लिए बड़ी मात्रा में मैन्युअल काम की आवश्यकता होती थी।

  कंप्यूटर प्रोग्राम को साझा मेमोरी में संग्रहीत करने के विचार ने सब कुछ बदल दिया। इसकी शुरूआत के समय तक, निष्पादन योग्य निर्देश सेटों पर आधारित आर्किटेक्चर के उपयोग और एक प्रोग्राम में लिखे गए निर्देशों को निष्पादित करने की प्रक्रिया के रूप में कंप्यूटिंग प्रक्रिया के प्रतिनिधित्व ने डेटा प्रोसेसिंग के संदर्भ में कंप्यूटिंग सिस्टम के लचीलेपन में काफी वृद्धि की थी। डेटा और निर्देशों को देखने के समान दृष्टिकोण ने प्रोग्रामों को स्वयं बदलना आसान बना दिया।

  वॉन न्यूमैन के सिद्धांत

  में 1946तीन वैज्ञानिक - आर्थर बर्क्स (अंग्रेज़ी आर्थर बर्क्स ), हरमन गोल्डस्टीन (अंग्रेज़ी हरमन गोल्डस्टाइन ) और जॉन वॉन न्यूमैन- लेख "इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग डिवाइस के तार्किक डिजाइन का प्रारंभिक विचार" प्रकाशित किया . लेख ने कंप्यूटर में डेटा का प्रतिनिधित्व करने के लिए बाइनरी सिस्टम के उपयोग को उचित ठहराया (मुख्य रूप से तकनीकी कार्यान्वयन के लिए, अंकगणित और तार्किक संचालन करने में आसानी - इससे पहले, मशीनें दशमलव रूप में डेटा संग्रहीत करती थीं) ), प्रोग्राम और डेटा के लिए साझा मेमोरी का उपयोग करने का विचार सामने रखा गया था। वॉन न्यूमैन का नाम उस समय विज्ञान में काफी प्रसिद्ध था, जिसने उनके सह-लेखकों को पृष्ठभूमि में धकेल दिया, और इन विचारों को "वॉन न्यूमैन के सिद्धांत" कहा गया।

  1. बाइनरी कोडिंग का सिद्धांत.

  बाइनरी नंबर सिस्टम का उपयोग डेटा और कमांड को दर्शाने के लिए किया जाता है।

  1. स्मृति एकरूपता का सिद्धांत.

  प्रोग्राम (निर्देश) और डेटा दोनों एक ही मेमोरी में संग्रहीत होते हैं (और एक ही संख्या प्रणाली में एन्कोड किए जाते हैं - अक्सर द्विआधारी). आप कमांड पर वही कार्य कर सकते हैं जो डेटा पर करते हैं।

  1. मेमोरी एड्रेसेबिलिटी का सिद्धांत.

  संरचनात्मक रूप से, मुख्य मेमोरी में क्रमांकित कोशिकाएँ होती हैं; कोई भी सेल किसी भी समय प्रोसेसर के लिए उपलब्ध है; आंतरिक मेमॉरी।

  1. अनुक्रमिक कार्यक्रम नियंत्रण का सिद्धांत.

  सभी कमांड मेमोरी में स्थित होते हैं और प्रोग्राम द्वारा निर्धारित अनुक्रम में, एक के बाद एक पूरा होने पर क्रमिक रूप से निष्पादित होते हैं।

  1. वास्तु कठोरता का सिद्धांत

  ऑपरेशन के दौरान टोपोलॉजी, आर्किटेक्चर और कमांड की सूची की अपरिवर्तनीयता।

  इन सिद्धांतों पर निर्मित कंप्यूटरों को वॉन न्यूमैन प्रकार कहा जाता है।

  कंप्यूटर का निर्माण वॉन न्यूमैन सिद्धांतों पर किया गया

  बीच में 1940 के दशकसाझा मेमोरी में अपने प्रोग्रामों को संग्रहीत करने वाले कंप्यूटर की परियोजना विकसित की गई थी मूर स्कूल ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग (अंग्रेज़ी इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के मूर स्कूल) वी विश्वविद्यालय राज्य पेंसिल्वेनिया (अंग्रेज़ी. पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय). इस दस्तावेज़ में वर्णित दृष्टिकोण को परियोजना के एकमात्र नामित लेखक जॉन वॉन न्यूमैन के नाम पर वॉन न्यूमैन वास्तुकला के रूप में जाना जाने लगा, हालांकि वास्तव में परियोजना का लेखकत्व सामूहिक था। वॉन न्यूमैन की वास्तुकला ने कंप्यूटर में निहित समस्याओं का समाधान किया " ENIAC", जो उस समय एक कंप्यूटर प्रोग्राम को अपनी मेमोरी में स्टोर करके बनाया गया था। कुछ ही समय बाद परियोजना के बारे में जानकारी अन्य शोधकर्ताओं को उपलब्ध हो गई 1946एनियाक के निर्माण की घोषणा की गई। योजना के अनुसार, मूर स्कूल का उपयोग करके एक कार में परियोजना को अंजाम देने की योजना बनाई गई थी एडवैकहालाँकि, पहले 1951विश्वसनीय बनाने में तकनीकी कठिनाइयों के कारण EDVAC लॉन्च नहीं किया गया था स्मृति. अन्य अनुसंधान संस्थान जिन्हें परियोजना की प्रतियां प्राप्त हुईं, वे मूर स्कूल की विकास टीम की तुलना में बहुत पहले इन समस्याओं को हल करने में सक्षम थे और उन्हें अपने कंप्यूटर सिस्टम में लागू किया। वॉन न्यूमैन वास्तुकला की मुख्य विशेषताओं को लागू करने वाले पहले पांच कंप्यूटर थे:

  • मैनचेस्टर मार्क I. प्रोटोटाइप - मैनचेस्टर लघु प्रायोगिक वाहन. मैनचेस्टर विश्वविद्यालय (अंग्रेज़ी मैनचेस्टर विश्वविद्यालय), ग्रेट ब्रिटेन, 21 जून 1948;
  • एडसैक. कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय (अंग्रेज़ी कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय), ग्रेट ब्रिटेन, 6 मई 1949;
  • बिनैक. यूएसए, अप्रैल या अगस्त 1949;
  • सीएसआईआर एमके 1. ऑस्ट्रेलिया, नवंबर 1949;
  • SEAC. यूएसए, 9 मई 1950.

  1 कंप्यूटर वास्तुकला की अवधारणा. वॉन न्यूमैन के सिद्धांत

  एक पीसी का आर्किटेक्चर कुछ सामान्य स्तर पर इसका विवरण है, जिसमें प्रोग्रामिंग कमांड सिस्टम, एड्रेसिंग सिस्टम, मेमोरी संगठन के लिए उपयोगकर्ता क्षमताओं का विवरण शामिल है, आर्किटेक्चर संचालन के सिद्धांत, सूचना कनेक्शन, मुख्य तार्किक नोड्स के पारस्परिक कनेक्शन को निर्धारित करता है कंप्यूटर: प्रोसेसर; परिचालन भंडारण, बाह्य भंडारण और परिधीय उपकरण।

  कंप्यूटर आर्किटेक्चर के शास्त्रीय सिद्धांत 1946 में प्रस्तावित किए गए थे और इन्हें वॉन न्यूमैन सिद्धांतों के रूप में जाना जाता है।"

  वे हैं:

  द्विआधारी प्रतिनिधित्व प्रणाली का उपयोग करना

  लेखकों ने तकनीकी कार्यान्वयन के लिए बाइनरी सिस्टम के फायदों, इसमें अंकगणित और तार्किक संचालन करने की सुविधा और सरलता का स्पष्ट प्रदर्शन किया। कंप्यूटर ने गैर-संख्यात्मक प्रकार की सूचनाओं को संसाधित करना शुरू कर दिया - पाठ, ग्राफिक, ध्वनि और अन्य, लेकिन बाइनरी डेटा कोडिंग अभी भी किसी भी आधुनिक कंप्यूटर की सूचना का आधार बनाती है।

  संग्रहीत प्रोग्राम सिद्धांतन्यूमैन ने सबसे पहले यह महसूस किया कि एक प्रोग्राम को शून्य और एक के रूप में भी संग्रहीत किया जा सकता है, और उसी मेमोरी में जिस संख्या को वह संसाधित करता है। प्रोग्राम और डेटा के बीच मूलभूत अंतर की अनुपस्थिति ने कंप्यूटर के लिए गणना के परिणामों के अनुसार अपने लिए एक प्रोग्राम बनाना संभव बना दिया। आधुनिक कंप्यूटरों में नियंत्रण इकाई (सीयू) और अंकगणित-तार्किक इकाई (एएलयू) को एक इकाई - प्रोसेसर में संयोजित किया जाता है, जो मेमोरी और बाहरी उपकरणों से आने वाली जानकारी का कनवर्टर है।

  मेमोरी (मेमोरी) सूचना (डेटा) और प्रोग्राम को संग्रहीत करती है। आधुनिक कंप्यूटर में स्टोरेज डिवाइस "बहु-स्तरीय" है और इसमें रैंडम एक्सेस मेमोरी (RAM) और एक्सटर्नल स्टोरेज डिवाइस (ESD) शामिल हैं।

  टक्कर मारना- यह एक उपकरण है जो उस जानकारी को संग्रहीत करता है जिसके साथ कंप्यूटर एक निश्चित समय पर सीधे काम कर रहा है (एक निष्पादन योग्य प्रोग्राम, इसके लिए आवश्यक डेटा का हिस्सा, कुछ नियंत्रण प्रोग्राम)।

  वीजेडयू- रैम की तुलना में बहुत अधिक क्षमता वाले उपकरण, लेकिन काफी धीमे।

  संचालन के क्रमिक निष्पादन का सिद्धांत

  संरचनात्मक रूप से, मुख्य मेमोरी में क्रमांकित कोशिकाएँ होती हैं। कोई भी सेल किसी भी समय प्रोसेसर के लिए उपलब्ध है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि मेमोरी क्षेत्रों को नाम देना संभव है ताकि उनमें संग्रहीत मूल्यों को बाद में निर्दिष्ट नामों का उपयोग करके प्रोग्राम निष्पादन के दौरान एक्सेस या बदला जा सके।

  रैम कोशिकाओं तक यादृच्छिक पहुंच का सिद्धांत
  प्रोग्राम और डेटा एक ही मेमोरी में संग्रहीत होते हैं। इसलिए, कंप्यूटर यह नहीं पहचान पाता कि किसी दिए गए मेमोरी सेल में क्या संग्रहीत है - एक संख्या, पाठ या कमांड। आप कमांड पर वही कार्य कर सकते हैं जो डेटा पर करते हैं।

  I/O डिवाइस- मानक कंप्यूटर आर्किटेक्चर का एक घटक जो कंप्यूटर को बाहरी दुनिया और विशेष रूप से उपयोगकर्ताओं और अन्य कंप्यूटरों के साथ बातचीत करने की क्षमता प्रदान करता है।

  1.6. सूचना इनपुट/आउटपुट डिवाइस

  एक व्यक्ति मुख्य रूप से इनपुट-आउटपुट उपकरणों के माध्यम से सूचना प्रणालियों के साथ बातचीत करता है। सूचना प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में प्रगति न केवल प्रोसेसर की बढ़ती गति और भंडारण क्षमता के कारण हुई है, बल्कि डेटा इनपुट और आउटपुट डिवाइस के सुधार के कारण भी हुई है। I/O उपकरणों को परिधीय उपकरण भी कहा जाता है।