Czym jest architektura von Neumanna?

Architektura von Neumanna jest wczesnym, wpływowym rodzajem struktury obliczeniowej. Składa się przede wszystkim z układów pamięci, które mogą zarówno przechowywać, jak i przetwarzać dane. Każdy układ ma możliwość wykonywania różnych zadań, w zależności od tego, na jaki wpływ ma wykonywana przed nim operacja. Zgodnie z architekturą von Neumanna każdy komputer miałby pamięć, mechanizmy wyjściowe i wejściowe, centralne sterowanie, miejsce na centralną arytmetykę i pamięć zewnętrzną.

Komputery z architekturą Von Neumann są znane jako program przechowywany. Oznacza to, że komputer nie potrzebuje zewnętrznych przełączników ani innych czynników do działania. Wszystkie instrukcje i dane są przechowywane w pamięci o dostępie swobodnym (RAM).

Architektura von Neumanna została stworzona w połowie lat 40. XX wieku przez Johna von Neumanna, pioniera informatyki. Urodzony w 1903 r., Napisał także kilka artykułów matematycznych o wysoce wpływowych teoriach, które były używane przez wiele dziesięcioleci. Opisał strukturę niezbędną do stworzenia funkcjonalnego komputera w jednym z tych artykułów. Ta struktura programowania stanowi podstawę dla znacznego procentu obecnej architektury obliczeniowej.

Przed architekturą von Neumanna komputery były zasadniczo projektowane, a nie programowane. Po złożeniu maszyna mogła wykonywać tylko jedną funkcję. Aby zmienić to, co zrobił komputer, konieczne było ponowne okablowanie, dodanie komponentów lub w inny sposób zmiana fizycznej struktury maszyny.

Podczas gdy wiele nowoczesnych komputerów nadal ma pewną bazę w architekturze Von Neumanna, niektórzy programiści zaczęli odrzucać koncepcję bardziej wydajnych modeli. Zjawisko znane jako wąskie gardło von Neumanna jest jednym z podstawowych problemów ze strukturą. Problem z wąskim gardłem polega na tym, że operacje przetwarzające informacje i dane dzielą tę samą magistralę, co jest metodą transportu tych elementów. Wpływa to na wydajność i ogólną zdolność systemu.

W czasach współczesnych architektura von Neumanna była często zastępowana architekturą Harvarda. Jest to również architektura typu przechowywanego programu. Architektura Harvard zarządza pamięcią, danymi i instrukcjami w podobny sposób, ale ma więcej zasobów do transportu informacji. Struktura ma dedykowane magistrale danych do transportu instrukcji i pamięci, dzięki czemu więcej funkcji może działać jednocześnie. Chociaż architektura Harvarda zyskała na popularności, wciąż są tacy, którzy preferują prostszą architekturę von Neumanna, która może być bardziej dostępnym formatem dla początkujących programistów.