Читать «Архитектура компьютера» онлайн - страница 21

Фон Нейман вскоре осознал, что программирование компьютеров с большим количеством переключателей и кабелей — занятие медленное, утомительное и неудобное. Он пришел к мысли, что программа должна быть представлена в памяти компьютера в цифровой форме, вместе с данными. Он также отметил, что десятичная арифметика, используемая в машине ENIAC, где каждый разряд представлялся десятью электронными лампами (1 включена и 9 выключены), может быть заменена параллельной двоичной арифметикой. Атанасов пришел к аналогичному выводу на несколько лет раньше.

Основной проект, который фон Нейман описал вначале, известен сейчас как фон-неймановская вычислительная машина. Он был использован в EDSAC, первой машине с программой в памяти, и даже сейчас, более чем полвека спустя, является основой большинства современных цифровых компьютеров. Сам замысел и машина IAS, построенная при участии Германа Голдстайна (Herman Goldstine), оказали очень большое влияние на дальнейшее развитие компьютерной техники, поэтому стоит кратко описать проект фон Неймана. Стоит иметь в виду, что хоть проект всегда ассоциируется с именем фон Неймана, в его разработке приняли деятельное участие другие ученые — в частности, Голдстайн. Архитектура этой машины представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Схема фон-неймановской вычислительной машины

Машина фон Неймана состояла из пяти основных частей: памяти, арифметикологического устройства, устройства управления, а также устройств ввода-вывода. Память состояла из 4096 слов, каждое слово содержало 40 бит (0 или 1). Каждое слово содержало или 2 команды по 20 бит, или целое 40-разрядное число со знаком на 40 бит. 8 бит определяли тип команды, а остальные 12 бит определяли одно из 4096 слов памяти. Арифметический блок и блок управления составляли «мозговой центр» компьютера. В современных машинах эти блоки сочетаются в одной микросхеме, называемой центральным процессором (ЦП).

Внутри арифметико-логического устройства находился особый внутренний регистр на 40 бит, так называемый аккумулятор. Типичная команда прибавляла слово из памяти к аккумулятору или сохраняла содержимое аккумулятора в памяти. Эта машина не исполняла арифметические операции с плавающей точкой, поскольку фон Нейман считал, что любой сведущий математик способен держать дробную часть в уме.

Примерно в то же время, когда фон Нейман работал над машиной IAS, исследователи МТИ разрабатывали свой компьютер Whirlwind I. В отличие от IAS, ENIAC и других машин того же типа со словами большой длины, предназначенными для серьезных вычислений, машина Whirlwind I имела слова по 16 бит и предназначалась для работы в реальном времени. Этот проект привел к изобретению Джеем Форрестером ( Jay Forrester) памяти на магнитном сердечнике, а затем и первого серийного мини-компьютера.