нови вчення про архітектуру обчислювальних машин заклав видатний американський математик Джон фон Нейман. Він підключився до створення першої в світі лампової ЕОМ ENIAC в 1944 р, коли її конструкція була вже вибрана. У процесі роботи під час численних дискусій зі своїми колегами Г. Голдстайном і А. Берксом фон Нейман висловив ідею принципово нової ЕОМ. У 1946 р вчені виклали свої принципи побудови обчислювальних машин в класичній статті Попередній розгляд логічної конструкції електронно-обчислювального пристрою raquo ;. З тих пір минуло півстоліття, але висунуті в ній положення зберігають актуальність і сьогодні.
У статті переконливо обґрунтовується використання двійкової системи для представлення чисел (не зайве нагадати, що раніше всі обчислювальні машини зберігали оброблювані числа в десятковому вигляді). Автори переконливо продемонстрували переваги двійкової системи для технічної реалізації, зручність і простоту виконання в ній арифметичних і логічних операцій. Надалі ЕОМ стали обробляти і нечислові види інформації - текстову, графічну, звукову та інші, але двійкове кодування даних як і раніше становить інформаційну основу будь-якого сучасного комп'ютера.
Ще однією воістину революційною ідеєю, значення якої важко переоцінити, є запропонований Нейманом принцип збереженої програми raquo ;. Спочатку програма задавалася шляхом установки перемичок на спеціальній комутаційної панелі. Це було досить трудомістким заняттям: наприклад, для зміни програми машини ENIAC було потрібно кілька днів (у той час як власне розрахунок не міг тривати більше декількох хвилин - виходили з ладу лампи). Нейман першим здогадався, що програма може також зберігатися у вигляді набору нулів та одиниць, причому в тій же самій пам'яті, що й оброблювані нею числа. Відсутність принципової різниці між програмою і даними дало можливість ЕОМ самій формувати для себе програму відповідно до результатів обчислень.
Фон Нейман не тільки висунув основоположні принципи логічного пристрою ЕОМ, але й запропонував її структуру, яка відтворювалася протягом перших двох поколінь ЕОМ. Основними блоками по Нейману є пристрій керування (УУ) і арифметико-логічний пристрій (АЛП) (зазвичай об'єднуються в центральний процесор), пам'ять, зовнішня пам'ять, пристрої введення і виведення. Слід зазначити, що зовнішня пам'ять відрізняється від пристроїв введення і виведення тим, що дані в неї заносяться у вигляді, зручному комп'ютера, але недоступному для безпосереднього сприйняття людиною. Так, накопичувач на магнітних дисках відноситься до зовнішньої пам'яті, а клавіатура - пристрій введення, дисплей і друк - пристрої виводу.
Пристрій керування і арифметико-логічний пристрій в сучасних комп'ютерах об'єднані в один блок - процесор, що є перетворювачем інформації, що надходить з пам'яті і зовнішніх пристроїв (сюди відносяться вибірка команд з пам'яті, кодування і декодування, виконання різних, в тому числі і арифметичних, операцій, узгодження роботи вузлів комп'ютера). Більш детально функції процесора обговорюватимуться нижче.
Пам'ять (ЗУ) зберігає інформацію (дані) і програми. Запам'ятовуючий пристрій у сучасних комп'ютерів багатоярусно і включає оперативне запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), що зберігає ту інформацію, з якою комп'ютер працює безпосередньо в даний час (виконувана програма, частину необхідних для неї даних, деякі керуючі програми), і зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ) набагато більшої ємності, ніж ОЗУ. але з істотно більш повільним доступом (і значно меншою вартістю в розрахунку на 1 байт збереженої інформації). На ОЗУ і ВЗУ класифікація пристроїв пам'яті не закінчується - певні функції виконують і СОЗУ (сверхоператівное запам'ятовуючий пристрій), і ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій), та інші підвиди комп'ютерної пам'яті.
У побудованій за описаною схемою ЕОМ відбувається послідовне зчитування команд з пам'яті і їх виконання. Номер (адреса) черговий комірки пам'яті. з якої буде витягнута наступна команда програми, вказується спеціальним пристроєм - лічильником команд в УУ. Його наявність також є однією з характерних ознак розглянутої архітектури.
Розроблені фон Нейманом основи архітектури обчислювальних пристроїв виявилися настільки фундаментальними, що отримали в літературі назву фон-неймановской архітектури raquo ;. Переважна більшість обчислювальних машин на сьогоднішній день - фон-Неймановская машини. Виняток становлять лише окремі різновиди систем для паралельних обчислень, в яких відсутня лічильник команд, не реалізована класична концепція змінної і є інші істотні принципові відмінності від класичної моделі (прикладами можуть служити потоковая і редукційна обчислювальні машини).
Мабуть, значне відхилення від фон-неймановской архітектури відбудеться в результаті розвитку ідеї машин п'ятого покоління, в о...
