Phenquestions
John von Neumann
John von Neumann sa narodil v Budapešti 28. decembra 1903 v zámožnej bankovej rodine povýšenej na uhorskú šľachtu. Od malička prejavoval veľký intelekt a bol označený za zázračného človeka. Vo veku 6 rokov vedel von Neumann hovoriť starogréčtinou a rozdeliť si v hlave dvojicu 8-ciferných čísel a do 8 rokov sa naučil diferenciálny a integrálny počet. Keď mal von Neumann 15 rokov, jeho otec zariadil, aby mu Gábor Szegő slúžil ako súkromný učiteľ matematiky. Na ich prvej hodine sa slávny matematik Szegő rozplakal po sledovaní rýchlosti a schopností mladého von Neumanna. Okrem týchto neuveriteľných počinov mal von Neumann fotografickú pamäť a dokázal od slova do slova recitovať celé romány.
Von Neumann absolvoval dvojročný certifikát z chémie na univerzite v Berlíne a doktorát z matematiky na univerzite Pázmány Péter. Po ukončení doktorátu von Neumann odišiel na univerzitu v Göttingene študovať u Davida Hilberta, jedného z významných matematikov, ktorého práca pomohla vyvinúť počítač. Potom von Neumann odišiel na Princetonskú univerzitu, aby prijal doživotné vymenovanie na Inštitút pre pokročilé štúdium. Jeho kancelária bola vzdialená niekoľko dverí od kancelárie Alberta Einsteina a Einstein sa sťažoval, že von Neumann príliš hlasno púšťa nemeckú marcovú hudbu na svoj kancelársky fonograf.
Počas pobytu v Princetone bol von Neumann privedený k práci na projekte Manhattan. Absolvoval mnoho výletov do laboratória v Los Alamos, aby sledoval vývoj atómových zbraní, a mal rozhodujúci význam v mnohých fázach navrhovania a výroby dvoch jadrových zbraní, ktoré spadli na Japonsko. Bol očitým svedkom prvej skúšky atómovej bomby 16. júla 1945 a pôsobil vo výbore poverenom rozhodovaním, ktoré dve japonské mestá budú terčmi bomby. Von Neumann sa stal pre svoju účasť v projekte Manhattan Project asi najväčšou inšpiráciou pre postavu Dr. Strangelove v rovnomennom filme Stanleyho Kubricka.
DR. Divná láska
Zhruba v období, keď pracoval na atómovej bombe, začal von Neumann pracovať na myšlienkach, ktoré by tvorili základ počítačovej vedy. Von Neumann sa stretol s Alanom Turingom už pred rokmi a správy naznačujú, že von Neumann bol ovplyvnený Turingovým dokumentom „On Computable Numbers“.„Vďaka svojej predchádzajúcej práci s Hilbertom bol von Neumann určite v dobrej pozícii, aby uznal význam Turingovej práce.
V roku 1945, počas posledných fáz svojej práce na projekte Manhattan, von Neumann povedal priateľom a kolegom, že uvažuje o ešte dôslednejšej práci. Počas pobytu vo vlaku do Los Alamos napísal von Neumann dokument s názvom „Prvý návrh správy o EDVAC“. Tento 101-stránkový dokument obsahuje návrh architektúry von Neumann, ktorá od jej zavedenia zostala dominantnou paradigmou v počítačovej architektúre. Architektúra von Neumann je zvyčajne spojená s počítačovým konceptom uloženého programu, ale obsahuje aj štvordielny navrhnutý dizajn, ktorý sa líši od ostatných konceptov uloženého programu.
Najdôležitejšie je, že von Neumannova architektúra je počítač s uloženým programom. Počítače s uloženým programom používajú jednu pamäťovú jednotku na ukladanie počítačových programov aj údajov, ktoré počítačové programy berú ako vstup. Dizajn uloženého programu je zvyčajne v kontraste s architektúrou Harvard, ktorá na ukladanie počítačového programu a údajov programu používa samostatné pamäťové jednotky.
Myšlienku architektúry uloženého programu ticho naznačila Turingova práca na univerzálnych Turingových strojoch, pretože tieto stroje sú teoretickými verziami počítačov s uloženým programom. Von Neumann však uznal hodnotu výslovného inžinierstva tejto vlastnosti v počítačoch. Alternatívne metódy programovania počítačov vyžadovali manuálne zapojenie alebo opätovné zapojenie obvodov počítača, čo bol proces, ktorý bol taký náročný na prácu, že počítače boli často zostavené pre jednu funkciu a nikdy ich nebolo potrebné preprogramovať. S novým dizajnom sa počítače stali ľahko preprogramovateľnými a dokázali implementovať mnoho rôznych programov; bolo však potrebné povoliť kontroly prístupu, aby sa zabránilo určitým typom programov, napríklad vírusom, v preprogramovaní dôležitého softvéru, ako je operačný systém.
Najznámejšie konštrukčné obmedzenie architektúry von Neumann sa nazýva „úzke miesto von Neumann“. Zúženie von Neumann je spôsobené architektúrou uloženého programu, pretože dáta a program zdieľajú rovnakú zbernicu s centrálnou procesorovou jednotkou. Prenos informácií z pamäte do CPU je zvyčajne oveľa pomalší ako skutočné spracovanie v CPU. Von Neumannov návrh zvyšuje množstvo požadovaného prenosu informácií, pretože k počítaču je potrebné preniesť počítačový program aj údaje programu. Jednou z najlepších metód na zmiernenie tohto problému bolo použitie cache CPU. Cache CPU slúžia ako sprostredkovatelia medzi hlavnou pamäťou a CPU. Tieto pamäte cache procesora poskytujú malé množstvo rýchlo prístupnej pamäte v blízkosti jadra procesora.
Architektúra von Neumann sa skladá zo štyroch častí: riadiaca jednotka, procesorová jednotka (vrátane aritmetickej a logickej jednotky (ALU)), pamäťová jednotka a vstupno-výstupné mechanizmy. Mechanizmy vstupu / výstupu zahŕňajú štandardné zariadenia spojené s počítačmi, vrátane klávesníc ako vstupov a obrazoviek ako výstupov. Vstupné mechanizmy sa zapisujú do pamäťovej jednotky, ktorá ukladá počítačové programy a údaje programu. Riadiaca jednotka a procesorová jednotka zahŕňajú centrálny procesor. Riadiaca jednotka riadi centrálne spracovanie podľa prijatých pokynov. Procesná jednotka obsahuje ALU, ktorá vykonáva základné aritmetické alebo bitové operácie s reťazcom bitov. ALU môže vykonávať mnoho rôznych funkcií; preto je funkciou riadiacej jednotky nasmerovať ALU tak, aby vykonávala správnu funkciu na správnom reťazci.
Von Neumannova architektúra
Po jeho zavedení sa architektúra von Neumann stala štandardnou počítačovou architektúrou a architektúra Harvard bola odsunutá na mikrokontroléry a spracovanie signálu. Architektúra von Neumann sa používa dodnes, ale novšie a komplikovanejšie návrhy inšpirované architektúrou von Neumann zatienili pôvodnú architektúru z hľadiska popularity.
