Первый проект отчета о EDVAC - First Draft of a Report on the EDVAC

В Первый проект отчета о EDVAC (обычно сокращается до Первый черновик) является неполный 101-страничный документ, написанный Джон фон Нейман и распространен 30 июня 1945 г. Герман Голдстайн, сотрудник службы безопасности по секретным ENIAC проект. Он содержит первое опубликованное описание логической конструкции компьютера с использованием концепции хранимой программы, которая, по спорам, стала известна как фон Неймана архитектура.

История

Титульная страница Первый черновик, копия, принадлежащая Сэмюэл Н. Александр, который разработал Компьютер SEAC на основании отчета.

Фон Нейман написал отчет от руки, когда ехал поездом в Лос-Аламос, Нью-Мексико и отправил рукописные заметки обратно в Филадельфия. Голдстайн напечатал и продублировал отчет. Хотя дата напечатанного отчета 30 июня, 24 экземпляра Первый черновик были распространены среди лиц, тесно связанных с EDVAC проект пятью днями ранее, 25 июня. Интерес к отчету заставил его разослать по всему миру; Морис Уилкс из Кембриджский университет назвал свое волнение по поводу содержания отчета толчком к его решению отправиться в Соединенные Штаты для Лекции в школе Мура Летом 1946 г.

Синопсис

Фон Нейман описывает детальный проект «высокоскоростной автоматической цифровой вычислительной системы». Он делит его на шесть основных подразделений: центральная арифметическая часть, CA, центральная часть управления, CC, память, M, ввод, I, вывод, O, и (медленная) внешняя память, R, например перфокарты, Телетайпная лента, или же магнитный провод или же стальная лента.

CA выполнит сложение, вычитание, умножение, деление и извлечение квадратного корня. Другие математические операции, такие как логарифмы и тригонометрические функции, должны выполняться с таблица смотреть вверх и интерполяция, возможно биквадратный. Он отмечает, что умножение и деление можно выполнять с помощью таблиц логарифмов, но для того, чтобы таблицы оставались достаточно маленькими, потребуется интерполяция, а это, в свою очередь, требует умножения, хотя, возможно, с меньшей точностью.

Цифры должны быть представлены в двоичная запись. Он оценивает 27 двоичных цифр (он не использовал термин "кусочек, "который был придуман Клод Шеннон в 1948 году) будет достаточно (с точностью до 8 знаков после запятой), но округляет до 30-битных чисел знаковый бит и бит, чтобы отличать числа от порядков, в результате получается 32-битное слово, которое он называет малый цикл. Два дополнения используется арифметика, упрощающая вычитание. Для умножения и деления он предлагает ставить двоичную точку после знакового бита, что означает, что все числа рассматриваются как находящиеся в диапазоне от -1 до +1, и поэтому вычислительные задачи должны масштабироваться соответствующим образом.

Схемотехника

Вакуумные трубки должны использоваться, а не реле за счет способности трубок работать за одну микросекунду против 10 миллисекунд для реле.

Фон Нейман предлагает (раздел 5.6) сохранять компьютер как можно более простым, избегая любых попыток повышения производительности за счет наложения операций. Арифметические операции должны выполняться по одной двоичной цифре за раз. По его оценке, сложение двух двоичных цифр занимает одну микросекунду, и, следовательно, 30-битное умножение должно занять около 302 микросекунд или около одной миллисекунды, что намного быстрее, чем любое вычислительное устройство, доступное в то время.

Дизайн фон Неймана построен с использованием того, что он называет «Е-элементами», которые основаны на биологическом нейрон как модель,[1][2] но это цифровые устройства, которые, по его словам, могут быть построены с использованием одной или двух электронных ламп. Говоря современным языком, его простейший элемент E - это два входа. И ворота с одним инвертированным входом (вход запрета). Элементы E с большим количеством входов имеют связанный порог и выдают выходной сигнал, когда количество положительных входных сигналов соответствует или превышает пороговое значение, пока (единственная) линия запрета не является импульсной. Он заявляет, что элементы E с большим количеством входов могут быть сконструированы из простейшей версии, но предлагает, чтобы они были построены непосредственно в виде цепей на электронных лампах, поскольку потребуется меньше ламп.

Более сложные функциональные блоки должны быть построены из этих элементов E. Он показывает, как использовать эти элементы E для построения схем сложения, вычитания, умножения, деления и извлечения квадратного корня, а также двух блоков памяти состояний и схем управления. Он не использует Логическая логика терминология.

Цепи должны быть синхронизированы с главными системными часами, полученными из ламповый генератор, возможно кристалл контролируемый. Его логические схемы включают в себя символ стрелки, обозначающий единичную временную задержку, поскольку временные задержки должны быть учтены в синхронном проекте. Он указывает, что за одну микросекунду электрический импульс перемещается на 300 метров, так что до тех пор, пока тактовая частота не станет намного выше, например 108 циклов в секунду (100 МГц), длина провода не будет проблемой.

Упоминается необходимость обнаружения и исправления ошибок, но не уточняется.

Дизайн памяти

Изложена ключевая концепция дизайна, позже названная Архитектура фон Неймана, представляет собой единую память, содержащую как числа (данные), так и приказы (инструкции).

"Устройство требует значительного объема памяти. Хотя казалось, что различные части этой памяти должны выполнять функции, которые несколько различаются по своей природе и значительному назначению, тем не менее возникает соблазн рассматривать всю память как один орган и иметь ее части даже настолько взаимозаменяемые, насколько это возможно для различных функций, перечисленных выше ". (Раздел 2.5)

«Заказы, которые получает CC, поступают от M, то есть из того же места, где хранится числовой материал». (Раздел 14.0)

Фон Нейман оценивает объем необходимой памяти на основе нескольких классов математических задач, в том числе обычный и уравнения в частных производных, сортировка и вероятностные эксперименты. Из них уравнения в частных производных в двух измерениях плюс время потребуют наибольшего объема памяти, а три измерения плюс время выходят за рамки того, что можно было бы сделать с использованием технологий, которые были тогда доступны. Он приходит к выводу, что память будет самым большим подразделением системы, и предлагает 8192 второстепенных 32-битных цикла (слова) в качестве цели проектирования, при этом 2048 второстепенных циклов все еще могут быть полезны. По его оценкам, для сохранения программы будет достаточно нескольких сотен второстепенных циклов.

Он предлагает два вида быстрой памяти: линия задержки и Иконоскоп трубка. К каждому второстепенному циклу следует обращаться как к единице (адресация слов, п. 12.8). Инструкции должны выполняться последовательно, со специальной инструкцией для переключения в другую точку памяти (т. Е. Инструкцией перехода).

Двоичные цифры в памяти линии задержки проходят через линию и возвращаются в начало. Доступ к данным в линии задержки налагает временные штрафы на ожидание, пока желаемые данные не появятся снова. Проанализировав эти проблемы синхронизации, он предлагает организовать память линии задержки в 256 «органов» линии задержки (DLA), каждый из которых хранит 1024 бита, или 32 второстепенных цикла, называемых основной цикл. При доступе к памяти сначала выбирается DLA (8 бит), а затем второстепенный цикл в DLA (5 бит), всего 13 бит адреса.

Что касается памяти Иконоскопа, он понимает, что каждая точка сканирования на лицевой стороне трубки является конденсатором и что конденсатор может хранить один бит. Потребуется сканирование с очень высокой точностью, а памяти хватит на короткое время, возможно, всего на секунду, и поэтому ее нужно будет периодически копировать (освеженный ).

Заказы (инструкции)

В разделе 14.1 фон Нейман предлагает формат заказов, который он называет кодом. Типы заказов включают в себя основные арифметические операции, перемещение второстепенных циклов между CA и M (загрузка и сохранение слов в современных терминах), порядок (s), который выбирает одно из двух чисел на основе знака предыдущей операции, ввода и вывода и передачи CC в другое место памяти (переход). Он определяет количество битов, необходимых для разных типов заказов, предлагает немедленные заказы где следующее слово является операндом и обсуждает желательность оставлять запасные биты в формате порядка, чтобы обеспечить больше адресуемой памяти в будущем, а также для других неуказанных целей. Обсуждается возможность хранения более одного заказа в малом цикле, но такой подход не вызывает особого энтузиазма. Приведена таблица заказов, но в первый черновик не включены инструкции по вводу и выводу.

Полемика

Отношение к предварительному отчету как к публикации (в юридическом смысле) было источником ожесточенной неприязни между фракциями EDVAC команда дизайнеров по двум причинам.[3] Во-первых, публикация представляла собой публичное раскрытие информации, которое не позволило запатентовать EDVAC; во-вторых, некоторые в команде разработчиков EDVAC утверждали, что концепция хранимой программы возникла в результате встреч на Пенсильванский университет с Школа электротехники Мура предшествовавшей деятельности фон Неймана в качестве консультанта, и что большая часть работы, представленной в Первый черновик был не более чем переводом обсуждаемых понятий на язык формальных логика на котором фон Нейман свободно владел. Следовательно, неспособность фон Неймана и Голдстайна перечислить других авторов в Первый черновик привело к тому, что кредит был приписан только фон Нейману. (Видеть Эффект Мэтью и Закон Стиглера.)

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фон Нейман приписывает эту модель Уоррен МакКаллох и Уолтер Питтс, Логический расчет идей, присущих нервной деятельности., Бык. Математика. Биофизика, Vol. 5 (1943), стр. 115–133.
  2. ^ Фон Нейман тесно сотрудничал с Маккалоком и Питтсом. Видеть Человек, который пытался искупить мир с помощью логики, Аманда Гефтер, Наутилус, выпуск 21, 4 февраля 2015 г.
  3. ^ Мой, Уильям Т. (январь 1996 г.), ENIAC: Революция, спонсируемая армией, Исследовательская лаборатория армии США, заархивировано из оригинал на 2013-03-05, получено 2012-11-26

Библиография

внешняя ссылка