Netpédia szócikk találomra
Neumann-elv
A Neumann-elv a számítástechnika alapja, a mai gépek is ezen elvek alapján működnek.
Neumann János 1945-ben megjelent művében ("First Draft of a Report on the Edvac") tárgyalja azokat a tulajdonságokat, melyeknek a számítógépnek meg kell felelni:
- Legyen teljesen elektronikus, soros működésű. A gép egyszerre egy műveletet hajt végre, de azt igen gyorsan.
- Használjon kettes számrendszert. Elektronikusan ezt sokkal könnyebb megvalósítani: van áram (1), nincs áram (0). Ez a számolási műveletek jelentősen leegyszerűsítette a számítógép számára, nő a sebesség, csökken a tárolási igény.
- Használjon belső memóriát. A számítógép gyors működése következtében nincs értelme annak, hogy minden egyes lépés után emberi beavatkozás történjen a számítás menetében. A belső memóriában a részeredmények tárolhatók, és így a gép egy bizonyos műveletsorozatot automatikusan el tud végezni.
- Tárolt program elve. Talán a legjelentősebb lépés. A számítások menetére vonatkozó utasítások kifejezhetők számmal, azaz adatként kezelhetők. Így ezek éppúgy a belső memóriában tárolhatók, mint bármilyen más adat. Azáltal, hogy a számítógép belső memóriájában utasításokat tárolhat, a számítógép önállóan képes dolgozni, mivel mindegyik lépés után memóriája utasítja a további teendőkre anélkül, hogy emberi beavatkozásra kellene várnia. Az ilyen utasításrendszert ma programnak hívjuk.
- Legyen univerzális a gép. A számítógép különféle feladatainak elvégzésére nem kell speciális gépeket készíteni.
Híres művének lényege 3 pontba foglalható össze.
Az 1. pont a számítógép fő részeit, a 2. pont a tárolt program elvet, a 3. pedig az automatikus, emberi beavatkozás nélküli működési követelményt rögzíti.
1. A gépnek 5 alapvető funkcionális egységből kell állnia:
- A vezérlő egység (control unit),
- Az aritmetikai és logikai egység (ALU),
- A tár (memory), ami címezhető és újraírható tároló-elemekkel rendelkezik, továbbá
- A ki/bemeneti egységek (Input/Output - I/O).
- A részegységek elektronikusak legyenek és bináris számrendszert használjanak. Az ALU képes legyen elvégezni az alapvető logikai és aritmetikai műveleteket.
2. Tárolt program elvű legyen a számítógép, azaz a program és az adatok ugyanabban a tárban tárolódjanak, ebből következően a programokat tartalmazó rekeszek is újraírhatók.
3. A vezérlő egység határozza meg a működést a tárból kiolvasott utasítások alapján, emberi beavatkozás nélkül, azaz közvetlen vezérlésűek a számítógépek.
A 3. pont azt jelenti, hogy van egy utasítás készlet (instruction set), melyek utasításait a vezérlő egység képes felismerni és az ALU-val elvégeztetni. Az utasításhalmaz egy alhalmaza a tár (rendszerint egymásutáni) címezhető celláiban van. Ez úgyis elképzelhető, hogy adott egy utasításfolyam (instruction stream), a gépi kódú program (code). A vezérlőegység egy mutatója jelöli ki a soron következő végrehajtható utasítást. Ezt a vezérlő egység értelmezi. Az utasításokban kódolva vannak/lehetnek az adatok, vagy az adatok tárbeli címei. Ezeket a vezérlő egység a tárból előveszi, az ALU pedig elvégzi rajtuk az operációkat. A tárolási helyek címezhetők, a tárolási helyeken a tárolt értékek változtathatók. Egy utasítás végrehajtása után a vezérlőegység mutatója automatikusan - emberi beavatkozás nélkül - a soron következő instrukcióra mutat, a vezérlő egység veszi ezt az instrukciót, és az előzőekhez hasonló módon végrehajta, majd megy tovább. A soron következő utasítás címét az utasítás mutató (IP- Instruction Pointer) mutatja.
A 2. pontból következik, hogy maga a program is feldolgozható, módosítható.
A három pont együtteséből a kövtekező megállapítás tehető:
a számítógép architektúra hardver és szoftver architektúrák együttese, hiszen működését nemcsak a hardver szabja meg, hanem a szoftver is.
A számítógépek az elmúlt jópár év során páratlan fejlődésen mentek keresztül, de elvi felépítésük nem változott.
Számtalan kutatás folyik a nem Neumann elvű gép kifejlesztésére, eddig még gyakorlatilag nem sikerült.
A bejelentett eredményeket ha jobban megvizsgáljuk, mindig előjön a Neumann elv, bizonyítva, hogy a nem Neumann elvű gép is Neumann elven működik.
Forrás:
feltalaloink.hu
egyéb internet