Principy fungovn potae John von Neumann Koncepce potae

Principy fungování počítače John von Neumann Koncepce počítače Toto dílo je určené pouze pro vzdělávací účely. Jakékoliv jiné využití díla je zakázáno. Autor: Mgr. Michal Smatana, Podkrušnohorské gymnázium, Most, příspěvková organizace

Předchůdci dnešních počítačů – mechanické počítací stroje n n Snaha o zkonstruování stroje, který by prováděl různé typy výpočtů, je stará mnoho století. V roce 1642 sestrojil Blaise Pascal první mechanický kalkulátor schopný sčítat a odčítat.

Předchůdci dnešních počítačů – mechanické počítací stroje n V roce 1822 začal Charles Babbage s projektem diferenčního stroje, který měl počítat hodnoty polynomických funkcí. Na rozdíl od jiných tehdejších pokusů, navrhl Babbage svůj stroj tak, aby počítal série hodnot automaticky. Použitím metody konečných rozdílů bylo možno vyhnout se potřebě násobení a dělení.

Předchůdci dnešních počítačů – mechanické počítací stroje n n Pokusů o sestrojení dalších počítacích strojů bylo během staletí mnoho, ale byly limitovány konstrukčními možnostmi (ozubená kola, mechanické převody), pohonem (většinou ruční, někdy pokusy o zapojení parního stroje) a výpočty v desítkové soustavě. Tím pádem se většinou jednalo o spíše jednoúčelové stroje. Rozvoj konstruování počítacích strojů přišel až v období mezi dvěma světovými válkami a především během druhé světové války. Potřeba rychlého provádění balistických výpočtů (dělostřelba, rakety), šifrování a dešifrování zpráv a konstrukce nových zbraní (atomová a vodíková bomba) uspíšila vývoj elektronických součástek a těchto strojů.

Koncepce univerzálního počítače John von Neumann (1903 – 1957) n 1. 2. 3. 4. 5. 6. V roce 1946 John von Neumann a jeho kolegové z Princeton Institute for Advanced Studies vyprojektovali nový počítač postavený na těchto pravidlech: Počítač obsahuje operační paměť, ALJ (aritmeticko-logickou jednotku), řadič, V/V (vstupní a výstupní) zařízení. Předpis pro řešení úlohy je převeden do posloupnosti instrukcí. Údaje a instrukce jsou vyjádřeny binárně (dvojková číselná soustava). Údaje a instrukce se uchovávají v paměti na místech označených adresami. Ke změně pořadí provádění instrukcí se používají instrukce podmíněného a nepodmíněného skoku. Programem řízené zpracování dat probíhá v počítači samočinně.

Koncepce univerzálního počítače John von Neumann (1903 – 1957) n Struktura von Neumannova IAS počítače je na obrázku na dalším snímku. V centru počítače je aritmeticko -logická jednotka (ALJ). Činnost celého počítače řídí řadič. Řadič předává povely operační paměti, ALJ a V/V zařízením a zpět od nich dostává stavová hlášení. Řadič čte z operační paměti instrukce, tyto dekóduje a převádí na posloupnost signálů. Data čte procesor z operační paměti nebo ze vstupního zařízení; rovněž tak je odkládá do paměti nebo zapisuje na výstupní zařízení. Von Neumannův počítač IAS je významný proto, že až na malé výjimky je jeho schéma platné dodnes.

Koncepce univerzálního počítače John von Neumann (1903 – 1957)

Shrnutí n Základní principy počítače 1. dvojková soustava 2. programy a data v operační paměti (nenačítají se z vnější paměti v průběhu výpočtu, jednotné kódování k programům lze přistupovat jako k datům, umožnilo univerzalitu počítače, bezproblémové zavedení cyklů a podmíněného větvení) 3. rychlost vnitřní paměti srovnatelná s rychlostí výpočetní jednotky 4. přímé adresování (přístup) – v libovolném okamžiku přístupná kterákoliv buňka paměti 5. aritmeticko-logická jednotka – pouze obvody pro sčítání čísel (ostatní operace se dají převést na sčítání)

Procvičení látky: 1. Do prázdného schématu doplňte popisy jednotlivých částí počítače a šipky znázorňující směry toku dat, řídících signálů a stavových hlášení. Řešení zde 2. Čím je schéma Johna von Neumanna významné pro dnešní počítače? Je významné proto, že až na malé výjimky je Odpověď zde platné dodnes.

Zdroje obrázky: n n n Snímek č. 1: Microsoft Clipart Gallery, [cit. 2012 -08 -04]. [CDROM] Dostupný pod licencí Microsoft Office 2003 Snímek č. 2: MONNIAUX, David. Arts et Metiers Pascaline. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2005, 13. 6. 2005 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Arts_et_Metiers_Pascaline_dsc 03869. jpg Snímek č. 3: DUNN, Andrew. Babbage. Difference. Engine. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2012, 6. 5. 2012 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/5/53/Babbage. Difference. Engine. jpg Snímek č. 6: LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY. Johnvon. Neumann. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2012, 3. 2. 2012 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //commons. wikimedia. org/wiki/File: Johnvon. Neumann-Los. Alamos. gif Unless otherwise indicated, this information has been authored by an employee or employees of the University of California, operator of the Los Alamos National Laboratory under Contract No. W -7405 -ENG-36 with the U. S. Department of Energy. The U. S. Government has rights to use, reproduce, and distribute this information. The public may copy and use this information without charge, provided that this Notice and any statement of authorship are reproduced on all copies. Neither the Government nor the University makes any warranty, express or implied, or assumes any liability or responsibility for the use of this information. Snímek č. 7: Schéma je vlastní malbou autora prezentace.

Zdroje text: n n Blaise Pascal. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2013, 26. 6. 2012 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Blaise_Pascal Charles Babbage. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2012, 24. 7. 2012 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Charles_Babbage John von Neumann. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2012, 6. 7. 2012 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/John_von_Neumann Von Neumannova architektura. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001 -2012, 10. 7. 2012 [cit. 2012 -08 -04]. Dostupné z: http: //cs. wikipedia. org/wiki/Von_Neumannova_architektura