Von Neumannova načela v računalniških sistemih

Hiter razvoj elektronskih računalniških sistemov v dvajsetem stoletju je sprožil vprašanje o potrebi po razvoju načel za strukturo elektronskih sistemov, ki bi kar najbolj optimizirali njihovo delo. To so bila tako imenovana načela von Neumanna, ki so jih leta 1946 predlagali trije znanstveniki in matematiki Univerze v Pensilvaniji: John von Neumann, Arthur Berks in Hermann Holstein. Zanimivo je, da je bilo ime prvega tistega časa v znanstveni skupnosti že široko poznano, zaradi česar je oblast potisnila imena drugih razvijalcev v ozadje. V tem članku je bila predlagana nova računalniška arhitektura. Principi von Neumannove glavne vsebine so predstavili potrebo po uporabi binarnega kodnega sistema za predstavitev informacij v sistemu. Poleg tega je bila predstavljena ideja o učinkovitosti uporabe enega pomnilnika za programe in za bazo podatkov.

Načela računalniškega dela von Neumanna

• Naslovljeno pomnilnika. Spomin v svoji strukturi mora biti sestavljena iz oštevilčenih celic. Oba ukaza in informativni podatki so shranjeni v teh pomnilniških celicah kot binarna koda. Za dostop procesorja do njih se uporabljajo naslovi (dejansko številke ustreznih celic).
• Programska oprema upravljanje. Načela von Neumann predpostavlja, da morajo biti vsi izračuni v strukturi algoritma za reševanje problema predstavljeni kot program, ki je sestavljen iz specifičnega zaporedja ukazov, od katerih je vsak odgovoren za eno od številnih operacij, ki jih uporablja sistem. Ukazi so shranjeni v pomnilniških celicah in izvedeni v vrstnem redu celic. Načela von Neumanna prav tako kažejo, da se to zaporedje lahko spremeni, če je potrebno, in s pomočjo posebnih ukazov.
• Izenačenost spomina. Oba ukaza in informativni podatki so shranjeni v enem pomnilniku, zato so lahko zunanji. Prepoznavni so le po načinu uporabe. To vam omogoča, da opravite enake operacije na skupinah kot na številke, s čimer odprete dodatno vrsto možnosti. Če na primer ciklično spremenite strukturo naslovov ukaza, lahko zagotovite, da sistem dostopa do zaporednih elementov podatkovnega drevesa. Takšne tehnike se imenujejo spremembe ukazov. Hkrati je treba opozoriti, da v sodobnem programiranju niso dobrodošli. In vendar imajo koristno lastnost, ki je, da je lahko ukaz enega programa pridobljen kot rezultat delovanja drugega programa. Na primer, ta tehnika je osnova tako imenovanega prevajanja, to je prevod besedila programa iz visokega jezika v jezik, ki je dostopen določenemu računalniškemu sistemu. To in naslednja načela von Neumanna so bistvenega pomena v vsej arhitekturi.
• Binarno kodiranje. Pomeni kodiranje vseh podatkov podatkov in ukazov po sistemu dvojiških številk 0 in 1. Zaporedje teh številk določa celotno širino zmogljivosti sistema. Takšno zaporedje se imenuje polje.