Vortrag zum Thema "Von Neumann Architektur". John von Neumann-Präsentation John von Neumann-Präsentation

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Präsentationsfolien

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Johann von Neumann

John von Neumann (3. Dezember 1903 - 8. Februar 1957), US-amerikanischer Mathematiker und Physiker. Arbeiten zur Funktionsanalyse, Quantenmechanik, Logik, Meteorologie. Er leistete einen großen Beitrag zur Schaffung der ersten Computer und zur Entwicklung von Methoden zu ihrer Anwendung. Seine Spieltheorie spielte eine wichtige Rolle in der Wirtschaftswissenschaft.

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Der erste Computer Der erste Computer wurde 1943-1946 an der Moore School of Electrical Engineers der University of Pennsylvania gebaut und hieß ENIAC (nach den Anfangsbuchstaben des englischen Namens - Electronic Digital Integrator and Calculator). Von Neumann schlug seinen Entwicklern vor, wie ENIAC modifiziert werden könnte, um es einfacher zu programmieren. Aber bei der Entwicklung der nächsten Maschine - EDVAK (elektronischer automatischer Rechner mit diskreten Variablen) - nahm von Neumann eine aktivere Rolle ein. Er entwickelte ein detailliertes logisches Schema der Maschine, in dem die strukturellen Einheiten nicht die physischen Elemente der Schaltkreise, sondern idealisierte Rechenelemente waren. Die Verwendung idealisierter Rechenelemente ist geworden wichtiger Schritt vorwärts, da es möglich war, die Erstellung eines Fundamentals zu trennen Logikdiagramm von seiner technischen Umsetzung. Von Neumann schlug auch eine Reihe von technischen Lösungen vor. Von Neumann schlug vor, als Speicherelemente keine Verzögerungsleitungen zu verwenden, sondern eine Kathodenstrahlröhre (elektrostatisches Speichersystem), die eine stark erhöhte Leistung aufweisen sollte. In diesem Fall war es möglich, alle Bits des Iashin-Wortes parallel zu verarbeiten. Diese Maschine erhielt den Namen JONIAC – zu Ehren von Neumann. Mit Hilfe von JONIAC wurden wichtige Berechnungen bei der Erschaffung der Wasserstoffbombe durchgeführt.

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Von Neumann schlug ein Datenkorrektursystem vor, um die Zuverlässigkeit von Systemen zu verbessern - die Verwendung von Duplikatgeräten mit der Wahl eines binären Ergebnisses für die größte Zahl. Von Neumann arbeitete intensiv an der Selbstreproduktion von Automaten und konnte die Möglichkeit der Selbstreproduktion nachweisen. Zustandsmaschine, die 29 interne Zustände hatte. Von Neumanns 150 Arbeiten befassen sich nur 20 mit physikalischen Problemen, während der Rest zu gleichen Teilen zwischen reiner Mathematik und ihren praktischen Anwendungen, einschließlich Spieltheorie und Computertheorie, verteilt ist.

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Pionierarbeit in der Computertheorie

Neumann besitzt wegweisende Arbeiten zur Computertheorie, die sich auf die logische Organisation von Computern, die Probleme der Funktionsweise des Maschinengedächtnisses, die Nachahmung von Zufälligkeit und die Probleme selbstreproduzierender Systeme beziehen. 1944 trat Neumann der Gruppe von Mauchly und Eckert bei, die als mathematischer Berater an der ENIAC-Maschine arbeitete. In der Zwischenzeit begann die Gruppe mit der Entwicklung eines neuen Modells, des EDVAC, das im Gegensatz zum Vorgänger Programme in seinem internen Speicher speichern konnte. 1945 veröffentlichte Neumann einen "Preliminary Report on the EDVAC Machine", der die Maschine selbst und ihre logischen Eigenschaften beschrieb. Die von Neumann beschriebene Computerarchitektur wurde "von Neumann's" genannt, und somit wurde ihm die Urheberschaft des gesamten Projekts zugeschrieben. Dies mündete in der Folge in Patentstreitigkeiten und veranlasste Eckert und Mauchly, das Labor zu verlassen und eine eigene Firma zu gründen. Dennoch war die „von-Neumann-Architektur“ die Grundlage für alle nachfolgenden Computermodelle. 1952 entwickelte Neumann den ersten Computer mit auf einem flexiblen Medium gespeicherten Programmen, den MANIAC I.

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Eine von Neumanns utopischen Ideen, für deren Entwicklung er Computerberechnungen vorschlug, war die künstliche Erwärmung des Erdklimas, für die das Polareis mit dunkler Farbe bedeckt werden sollte, um die Reflexion durch sie zu verringern. Solarenergie. Dieser Vorschlag wurde einst in vielen Ländern ernsthaft diskutiert. Viele von Neumanns Ideen haben noch keine gebührende Entwicklung erfahren, zum Beispiel die Idee des Zusammenhangs zwischen dem Komplexitätsgrad und der Fähigkeit des Systems, sich selbst zu reproduzieren, die Existenz eines kritischen Komplexitätsgrads, unterhalb dessen das System degeneriert, und darüber hinaus erwirbt es die Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren. 1949 wurde die Arbeit "Über die Ringe der Operatoren. Die Theorie der Zersetzung" veröffentlicht.

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1956 verlieh die Atomic Energy Commission Neumann den Enrico-Fermi-Preis für herausragende Beiträge zur Computertheorie und -praxis. John von Neumann wurde mit den höchsten akademischen Ehren ausgezeichnet. Er wurde zum Mitglied der Academy of Exact Sciences (Lima, Peru), der Accademia dei Lincei (Rom, Italien), der American Academy of Arts and Sciences, der American Philosophical Society, des Lombard Institute of Sciences and Letters, des Royal gewählt Niederländische Akademie der Wissenschaften und Künste, National Academy of the United States, Ehrendoktor vieler Universitäten in den USA und anderen Ländern.

Johann von Neumann(1903 - 1957) - Ungarisch-amerikanischer Mathematiker jüdischer Herkunft, der wichtige Beiträge zur Quantenphysik, Quantenlogik, Funktionsanalyse, Mengenlehre, Informatik, Wirtschaftswissenschaften und anderen Wissenschaftszweigen leistete.

Rechnerarchitektur- Das Interne Struktur in der Maschine, ihre logische Organisation, die den Verarbeitungsprozess und die Datenverschlüsselungsmethoden, Zusammensetzung, Zweck, Prinzipien der Interaktion zwischen Hardware und Software bestimmt.

Zentralprozessor

1945 schuf John von Neumann die Computerarchitektur.

Die von Neumann-Maschine besteht aus einem Speichergerät (Speicher) - Speicher, einer arithmetisch-logischen Einheit - ALU, einem Steuergerät - CU sowie Ein- und Ausgabegeräten.

Eingabegerät

Ausgabegerät

1946 skizzierten D. von Neumann, G. Goldstein und A. Berks in ihrem gemeinsamen Artikel neue Prinzipien für den Bau und Betrieb von Computern. Anschließend wurden die ersten beiden Computergenerationen auf der Grundlage dieser Prinzipien hergestellt. In späteren Generationen gab es einige Änderungen, obwohl Neumanns Prinzipien auch heute noch relevant sind.

Hermann Goldstein

Arthur Burk

Johann von Neumann

Das binäre Zahlensystem verwendet nur zwei Ziffern 0 und 1. Mit anderen Worten, zwei ist die Basis des binären Zahlensystems.

Vorteil gegenüber Dezimalsystem Kalkül liegt in der Tatsache, dass Geräte ganz einfach gemacht werden können, arithmetisch und logische Operationen im Binärsystem werden ebenfalls ganz einfach durchgeführt.

Zahlensysteme

Dezimal

Binär

oktal

Hexadezimal

Der Betrieb des Computers wird durch ein Programm gesteuert, das aus einer Reihe von Befehlen besteht. Befehle werden sequentiell nacheinander ausgeführt. Die Erstellung einer Maschine mit einem gespeicherten Programm im Speicher war der Beginn dessen, was wir heute Programmierung nennen.

Dabei sind sowohl Programmbefehle als auch Daten im binären Zahlensystem kodiert, d.h. Ihre Art zu schreiben ist die gleiche. Daher können Sie in bestimmten Situationen die gleichen Aktionen für Befehle wie für Daten ausführen.

Sie können jederzeit auf jede Speicherzelle über ihre Adresse zugreifen. Dieses Prinzip eröffnete die Möglichkeit, Variablen in der Programmierung zu verwenden.

Trotz der Tatsache, dass die Befehle sequentiell ausgeführt werden, können Programme die Möglichkeit implementieren, zu jedem Abschnitt des Codes zu springen.

Leistungen von John von Neumann.

John von Neumann wurde mit den höchsten akademischen Ehren ausgezeichnet. Er wurde zum Mitglied der Academy of Exact Sciences (Lima, Peru), der American Academy of Arts and Sciences, der American Philosophical Society, des Lombard Institute of Sciences and Letters, der Royal Netherlands Academy of Sciences and Arts und der National Academy gewählt der USA und Ehrendoktortitel vieler Universitäten in den USA und anderen Ländern.

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Der erste Computer Der erste Computer wurde 1943-1946 an der Moore School of Electrical Engineers der University of Pennsylvania gebaut und hieß ENIAC (nach den Anfangsbuchstaben des englischen Namens - Electronic Digital Integrator and Calculator). Von Neumann schlug seinen Entwicklern vor, wie ENIAC modifiziert werden könnte, um es einfacher zu programmieren. Aber bei der Entwicklung der nächsten Maschine - EDVAK (elektronischer automatischer Rechner mit diskreten Variablen) - nahm von Neumann eine aktivere Rolle ein. Er entwickelte ein detailliertes logisches Schema der Maschine, in dem die strukturellen Einheiten nicht die physischen Elemente der Schaltkreise, sondern idealisierte Rechenelemente waren. Die Verwendung idealisierter Rechenelemente war ein wichtiger Fortschritt, da sie es ermöglichten, die Erstellung einer konzeptionellen Logikschaltung von ihrer technischen Implementierung zu trennen. Von Neumann schlug auch eine Reihe von technischen Lösungen vor. Von Neumann schlug vor, als Speicherelemente keine Verzögerungsleitungen zu verwenden, sondern eine Kathodenstrahlröhre (elektrostatisches Speichersystem), die eine stark erhöhte Leistung aufweisen sollte. In diesem Fall war es möglich, alle Bits des Iashin-Wortes parallel zu verarbeiten. Diese Maschine erhielt den Namen JONIAC – zu Ehren von Neumann. Mit Hilfe von JONIAC wurden wichtige Berechnungen bei der Erschaffung der Wasserstoffbombe durchgeführt.

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Von Neumann schlug ein Datenkorrektursystem vor, um die Zuverlässigkeit von Systemen zu verbessern - die Verwendung von Duplikatgeräten mit der Wahl eines binären Ergebnisses für die größte Zahl. Von Neumann arbeitete intensiv an der Selbstreproduktion von Automaten und konnte die Möglichkeit der Selbstreproduktion eines endlichen Automaten mit 29 internen Zuständen beweisen. Von Neumanns 150 Arbeiten befassen sich nur 20 mit physikalischen Problemen, während der Rest zu gleichen Teilen zwischen reiner Mathematik und ihren praktischen Anwendungen, einschließlich Spieltheorie und Computertheorie, verteilt ist.

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Pionierarbeit in der Computertheorie

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Eine von Neumanns utopischen Ideen, für deren Entwicklung er Computerberechnungen vorschlug, war die künstliche Erwärmung des Erdklimas, bei der das Polareis mit dunkler Farbe bedeckt werden sollte, um die Reflexion der Sonnenenergie zu verringern. Dieser Vorschlag wurde einst in vielen Ländern ernsthaft diskutiert, viele von Neumanns Ideen haben noch keine richtige Entwicklung erfahren, zum Beispiel die Idee des Zusammenhangs zwischen dem Grad der Komplexität und der Fähigkeit eines Systems, sich selbst zu reproduzieren, die Existenz einer kritischen Komplexitätsstufe, unterhalb derer das System degeneriert und darüber die Fähigkeit erlangt, sich selbst zu reproduzieren . 1949 wurde die Arbeit "Über die Ringe der Operatoren. Die Theorie der Zersetzung" veröffentlicht.

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1956 verlieh die Atomic Energy Commission Neumann den Enrico-Fermi-Preis für herausragende Beiträge zur Computertheorie und -praxis. John von Neumann wurde mit den höchsten akademischen Ehren ausgezeichnet. Er wurde zum Mitglied der Akademie der Wissenschaften (Lima, Peru), der Accademia dei Lincei (Rom, Italien), der American Academy of Arts and Sciences, der American Philosophical Society, des Lombard Institute of Sciences and Letters, der Royal Netherlands, gewählt Academy of Sciences and Arts, der National Academy of the United States, Ehrendoktorwürde vieler Universitäten in den USA und anderen Ländern.

Wichtige Daten im Leben eines Wissenschaftlers Geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest. Geboren am 28. Dezember 1903 in Budapest. 1911 trat er in das lutherische Gymnasium ein. 1911 trat er in das lutherische Gymnasium ein. 1926 promovierte er in Mathematik (mit Elementen der Experimentalphysik und Chemie). 1926 promovierte er in Mathematik (mit Elementen der Experimentalphysik und Chemie). Von 1926 bis 1930 war John von Neumann Privatdozent in Berlin. Von 1926 bis 1930 war John von Neumann Privatdozent in Berlin.

Wichtige Daten im Leben eines Wissenschaftlers 1930 wurde er auf einen Lehrauftrag an der Princeton University berufen. 1930 wurde er auf einen Lehrauftrag an der Princeton University berufen. 1937 wurde von Neumann US-Bürger. 1937 wurde von Neumann US-Bürger. 1938 wurde er für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Analytik mit dem Bocher-Preis ausgezeichnet. 1938 wurde er für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Analytik mit dem Bocher-Preis ausgezeichnet. 1930 heiratete er Mariette Kövesi 1930 heiratete er Mariette Kövesi 1938 heiratete er zum zweiten Mal Clara Dan. 1938 heiratete er zum zweiten Mal Clara Dan.

Wichtige Daten im Leben eines Wissenschaftlers 1946 bewies er den Satz über die Dichte der Aufzeichnung von Zahlen in doppelt kombinierten Exponentialen positionelle Systeme rechnen. 1946 bewies er ein Theorem über die Dichte der Zahlenaufzeichnung in dual kombinierten exponentiellen Positionszahlensystemen. 1950 wurde die erste erfolgreiche numerische Wettervorhersage erstellt. 1950 wurde die erste erfolgreiche numerische Wettervorhersage erstellt. 1957 erkrankte er an Knochenkrebs. 1957 erkrankte er an Knochenkrebs.

John von Neumann und seine Prinzipien 1. Prinzip binäre Kodierung: Alle Informationen sind in binärer Form codiert. 2. Das Prinzip der Programmsteuerung: Das Programm besteht aus einer Reihe von Befehlen. 3. Prinzip der Speicherhomogenität: gespeichert in einem Speicher. 4. Das Prinzip der Adressierbarkeit: Der Speicher besteht aus nummerierten Zellen.