Презентация на тему "Архитектура ЭВМ «по фон Нейману»". Презентация на тему джон фон нейман Презентация на тему биография джона фон неймана

Важные даты в жизни учёного Родился 28 декабря 1903года в Будапеште. Родился 28 декабря 1903года в Будапеште. В 1911 году он поступает в Лютеранскую Гимназию. В 1911 году он поступает в Лютеранскую Гимназию. В 1926 году получил степень доктора философии по математике (с элементами экспериментальной физики и химии). В 1926 году получил степень доктора философии по математике (с элементами экспериментальной физики и химии). С 1926 по 1930 год Джон фон Нейман стал приват- доцентом в Берлине. С 1926 по 1930 год Джон фон Нейман стал приват- доцентом в Берлине.

Важные даты в жизни учёного В 1930 году приглашён на преподавательскую должность в Принстонский университет. В 1930 году приглашён на преподавательскую должность в Принстонский университет. В 1937 году фон Нейман стал гражданином США. В 1937 году фон Нейман стал гражданином США. В 1938 он был награждён премией имени Бохера за свои работы в области анализа. В 1938 он был награждён премией имени Бохера за свои работы в области анализа. В 1930 году женился на Мариэтте Кёвеши В 1930 году женился на Мариэтте Кёвеши В 1938 году, во второй раз женился на Кларе Дэн. В 1938 году, во второй раз женился на Кларе Дэн.

Важные даты в жизни учёного В 1946 году доказал теорему о плотности записи чисел в сдвоенных комбинированных показательных позиционных системах счисления. В 1946 году доказал теорему о плотности записи чисел в сдвоенных комбинированных показательных позиционных системах счисления. В 1950 году был произведен первый успешный численный прогноз погоды. В 1950 году был произведен первый успешный численный прогноз погоды. В 1957 году заболел раком кости. В 1957 году заболел раком кости.

Джон фон Нейман и его принципы 1. Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде. 2. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд. 3. Принцип однородности памяти: хранятся в одной памяти. 4. Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек.

Слайд 2

Первая ЭВМ Первая ЭВМ была построена в 1943-1946 годах в школе инженеров-электриков Мура Пенсильванского университета и получила название ЭНИАК (по первым буквам английского названия - электронный цифровой интегратор и вычислитель). Фон Нейман подсказал её разработикам, как можно модифицировать ЭНИАК, чтобы упростить его программирование. А вот в создании следующей машины - ЭДВАК(электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными) фон Нейман принял более активное участие. Он разработал подробную логическую схему машины, в который структурными единицами были не физические элементы цепей, а идеализированные вычислительные элементы. Использование идеализированных вычислительных элементов стало важным шагом вперед, так как позволило отделить создание принципиальной логической схемы от ее технического воплощения. Также фон Нейман предложил ряд инженерных решений. Фон Нейман предложил использовать в качестве элементов памяти не линии задержки, а электронно-лучевой трубки (электростатическая запоминающая система), что должно было сильно повысить быстродействие. При этом можно было обрабатывать все разряды иашинного слова параллельно. Эта машина была названа ДЖОНИАК - в честь фон Неймана. С помощью ДЖОНИАКА были осуществленны важные расчеты при создании водородной бомбы.

Слайд 3

Фон Нейман предложил систему корректировки данных, для повышения надежности систем - использование дублирующихся устройств с выбором двоичного результата по наибольшему числу. Фон Нейман много работал над самовоспроизведением автоматов и смог доказать возможность самовоспроизвдения конечного автомата, обладавшего 29 внутренними состояниями. Из 150 трудов Неймана лишь 20 касаются проблем физики, остальные же равным образом распределены между чистой математикой и ее практическими приложениями, в том числе теорией игр и компьютерной теорией.

Слайд 4

Новаторские работы по компьютерной теории

Нейману принадлежат новаторские работы по компьютерной теории, связанные с логической организацией компьютеров, проблемами функционирования машинной памяти, имитацией случайности, проблемами самовоспроизводящихся систем. В 1944 Нейман присоединился к группе Мокли и Эккерта, занятой созданием машины ENIAC, в качестве консультанта по математическим вопросам. Тем временем в группе началась разработка новой модели, EDVAC, которая, в отличие от предыдущей, могла бы хранить программы в своей внутренней памяти. В 1945 Нейман опубликовал «Предварительный доклад о машине EDVAC», в котором описывалась сама машина и ее логические свойства. Описанная Нейманом архитектура компьютера получила название «фон Неймановской», и таким образом ему было приписано авторство всего проекта. Это вылилось впоследствии в судебное разбирательство о праве на патент и привело к тому, что Эккерт и Мокли покинули лабораторию и основали собственную фирму. Тем не менее «архитектура фон Неймана» была положена в основу всех последующих моделей компьютеров. В 1952 Нейман разработал первый компьютер, использующий программы, записанные на гибком носителе, MANIAC I.

Слайд 5

Одной из утопических идей Неймана, для разработки которой он предлагал использовать компьютерные расчеты, было искусственное потепление климата на Земле, для чего преполагалось покрыть темной краской полярные льды чтобы уменьшить отражение ими солнечной энергии. Одно время это предложение всерьез обсуждалось во многих странах.Многие идеи фон Неймана ещё не получили должного развития, например, идея о взаимосвязи уровня сложности и способности системы к самовоспроизведению, о существовании критического уровня сложности, ниже которого система вырождается, а выше обретает способность к самовоспроизведению. В 1949 выходит работа "О кольцах операторов. Теория разложения".

Слайд 6

В 1956 Комиссия по атомной энергии наградила Неймана премией Энрико Ферми за выдающийся вклад в компьютерную теорию и практику. Джон фон Нейман был удостоен высших академических почестей. Он был избран членом Академии точных наук (Лима, Перу), Академии деиЛинчеи (Рим, Италия), Американской академии искусств и наук, Американского философского общества, Ломбардского института наук и литературы, Нидерландской королевской акдаемии наук и искусств, Национальной академии США, почетным доктором многих университетов США и других стран.

Слайд 2

Архитектура фон Неймана Принципы Джона фон Неймана Машина фон Неймана Краткая биография Джона фон Неймана Достижения Джона фон Неймана

Слайд 3

Архитектура фон Неймана.

Архитектура фон Неймана - широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера.

Слайд 4

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

Слайд 5

Принципы Джона 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”.

Слайд 6

“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).

Слайд 7

“Помимо памяти для приказов, должно существовать еще устройство, способное автоматически выполнять приказы, хранящиеся в памяти”.

Слайд 8

“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”.

Слайд 9

Машина должна работать с двоичными числами, быть электронной, а не механической и выполнять операции последовательно, одна за другой.

Слайд 10

Таким образом, “по фон Нейману” главное место среди функций, выполняемых компьютером, занимают арифметические и логические операции. Для них предусмотрено арифметико-логическое устройство.

Слайд 11

Управление работой АЛУ - и вообще всей машины - осуществляется с помощью устройства управления. (Как правило, в компьютерах устройство управления и арифметико-логическое устройство объединены в единый блок - центральный процессор.) Роль хранилища информации выполняет оперативная память. Здесь хранится информация как для арифметико-логического устройства (данные), так и для устройства управления.

Слайд 12

Машина фон Неймана.

Слайд 13

Краткая биография Джона фон Неймана.

Американский математик и физик Джон фон Нейман был родом из Будапешта. Своими необычайными способностями этот человек стал выделяться очень рано: в шесть лет он разговаривал на древнегреческом языке, а в восемь освоил основы высшей математики. До 1930-х годов работал в Германии. (1903-1957)

Слайд 14

Он выполнял фундаментальные исследования, связанные с математической логикой, теорией групп, алгеброй операторов, квантовой механикой, статистической физикой, развил теорию игр и теорию автоматов.

Слайд 15

В 1945 году был опубликован доклад фон Неймана, вкотором он наметил основные принципы построения и компоненты современного компьютера. Идеи, отраженные в докладе, развивались, и примерно через год появилась статья “Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства”. Здесь важно, что авторы, отвлекшись от электронных ламп и электрических схем,сумели обрисовать формальную организацию компьютера.

Слайд 16

Достижения Джона фон Неймана.

Джон фон Нейман был удостоен высших академических почестей. Он был избран членом Академии точных наук (Лима, Перу), Американской академии искусств и наук, Американского философского общества, Ломбардского института наук и литературы, Нидерландской королевской академии наук и искусств, Национальной академии США, почетным доктором многих университетов США и других стран. Джон фон Нейман умер 8 февраля 1957 года.

Слайд 17

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. .

Посмотреть все слайды

Джон фон Нейман (1903 - 1957 гг.) - венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Архитектура ЭВМ – это внутренняя структура в машине, ее логическая организация, определяющая процесс обработки и методы кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Процессор

В 1945 году Джон фон Нейман создает архитектуру ЭВМ.

Машина фон Неймана состоит из запоминающего устройства (памяти) - ЗУ, арифметико-логического устройства - АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода.

Устройство ввода

Устройство вывода

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.

Герман Голдстайн

Артур Беркс

Джон фон Нейман

В двоичной системе счисления используются всего две цифры 0 и 1. Другими словами, двойка является основанием двоичной системы счисления.

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.

Системы счисления

Десятичная

Двоичная

Восьмеричная

Шестнадцатеричная

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.

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.

В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.

Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода.

Достижения Джона фон Неймана.

Джон фон Нейман был удостоен высших академических почестей. Он был избран членом Академии точных наук (Лима, Перу), Американской академии искусств и наук, Американского философского общества, Ломбардского института наук и литературы, Нидерландской королевской академии наук и искусств, Национальной академии США, почетным доктором многих университетов США и других стран.

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в
своей совместной статье изложили новые
принципы построения и функционирования ЭВМ.
В последствие на основе этих принципов
производились
первые
два
поколения
компьютеров. В более поздних поколениях
происходили некоторые изменения, хотя принципы
Неймана актуальны и сегодня.

1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах.

1. 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.

2. Программное управление ЭВМ

2. 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.

3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ.

3. 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.

4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы

4. 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.

5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы.

5. 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.

Архитектура фон Неймана

АРХИТЕКТУРА ФОН НЕЙМАНА

Поколения компьютеров - история развития вычислительной техники

ПОКОЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ - ИСТОРИЯ
РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Нулевое поколение. Механические вычислители

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛИ
счетная машина блеза паскаля,
1642 г. эта машина могла
выполнять лишь операции
сложения и вычитания.

Первое поколение. Компьютеры на электронных лампах (194х-1955)

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ. КОМПЬЮТЕРЫ НА
ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ (194Х-1955)
Быстродействие: несколько десятков тысяч
операций в секунду.
Особенности:
Поскольку лампы имеют существенные размеры и
их тысячи, то машины имели огромные размеры.
Поскольку ламп много и они имеют свойство
перегорать, то часто компьютер простаивал из-за
поиска и замены вышедшей из строя лампы.
Лампы выделяют большое количество тепла,
следовательно, вычислительные машины требуют
специальные мощные охладительные системы.

Второе поколение. Компьютеры на транзисторах (1955-1965)

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ. КОМПЬЮТЕРЫ НА
ТРАНЗИСТОРАХ (1955-1965)
Быстродействие: сотни тысяч операций в
секунду
Первый компьютер на
транзисторах TX стал прототипом для
компьютеров ветки PDP фирмы DEC,
которые можно считать
родоначальниками компьютерной
промышленности, т.к появилось явление
массовой продажи машин. DEC выпускает
первый миникомпьютер (размером со
шкаф). Зафиксировано появление
дисплея.

Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ. КОМПЬЮТЕРЫ НА
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ (1965-1980)
Быстродействие: миллионы операций в секунду.
Интегральная схема представляет собой
электронную схему, вытравленную на кремниевом
кристалле. На такой схеме умещаются тысячи
транзисторов.
Появилась проблема совместимости выпускаемых
моделей (программного обеспечения под них).
Впервые большое внимание совместимости
уделила компания IBM.

Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ. КОМПЬЮТЕРЫ НА
БОЛЬШИХ (И СВЕРХБОЛЬШИХ) ИНТЕГРАЛЬНЫХ
СХЕМАХ (1980-…)
Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.
Появилась возможность размещать на одном кристалле не
одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие
компьютеров увеличилось значительно.
В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался
компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и
Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был
запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре