ന്യൂമാൻ വാസ്തുവിദ്യയുടെ തത്വം എന്താണ്? വാൺ ന്യൂമാൻ മെഷീൻ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു?

ഇന്ന് വിശ്വസിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്, പക്ഷേ കമ്പ്യൂട്ടറുകളേക്കാൾ, ഇനിയൊരിക്കലും അനേകർക്കുണ്ടായേക്കാവുന്ന അനുഭവങ്ങൾ, 70 വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ് മാത്രമാണ് കാണപ്പെട്ടത്. അമേരിക്കൻ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോൺ വോൺ ന്യൂമാൻ ആയിരുന്നു അവരുടെ സൃഷ്ടികൾക്ക് നിർണായക സംഭാവന നൽകിയവരിൽ ഒരാൾ. മിക്ക കമ്പ്യൂട്ടറുകളും ഇപ്പോഴും പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന തത്ത്വങ്ങൾ അദ്ദേഹം മുന്നോട്ടുവച്ചു. വോൺ ന്യൂമാൻ മെഷീൻ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് നോക്കാം.

ലഘു ജീവചരിത്ര കുറിപ്പുകൾ

1930 ൽ ബുഡാപെസ്റ്റിൽ ജനിച്ചു വളർന്ന ജുനോസ് നിമമാൻ വളരെ ധനികനായ യഹൂദകുടുംബത്തിൽ ജനിച്ചു. എല്ലാ മേഖലകളിലും കുട്ടിക്കാലം മുതൽ അസാധാരണമായ കഴിവുകൾ അദ്ദേഹം വേർതിരിച്ചു. 23-ആം വയസ്സിൽ തന്നെ പരീക്ഷണാത്മക ഭൗതിക ശാസ്ത്രത്തിലും രസതന്ത്രത്തിലും പി.എച്ച്. 1930 ൽ പ്രിൻസ്റ്റൺ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിൽ യു എസിൽ ജോലി ചെയ്യാൻ ഒരു യുവ ശാസ്ത്രജ്ഞനെ ക്ഷണിക്കുകയുണ്ടായി. അതേസമയം തന്നെ, ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഫോർ അഡ്വാൻസ്ഡ് സ്റ്റഡീസിന്റെ ആദ്യ തൊഴിലാളികളിൽ ഒരാളായി നിമൻ മാറി. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ജീവിതത്തിന്റെ അവസാനം വരെ അദ്ദേഹം പ്രൊഫസറായി ജോലിചെയ്തു. ന്യൂമാൻ ശാസ്ത്രീയ താൽപര്യങ്ങൾ വളരെ വ്യാപകമായിരുന്നു. പ്രത്യേകിച്ച്, ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിന്റെ ഗണിതശാസ്ത്രത്തിലും, സെല്ലുലാർ ഓട്ടോമാറ്റി എന്ന ആശയം അദ്ദേഹം സൃഷ്ടിച്ചിട്ടുണ്ട്.

ഇൻഫോമാറ്റിക്സിൽ സംഭാവന

ന്യൂമാൻ വാസ്തുവിദ്യയെ ആശ്രയിക്കുന്ന ഒരു തത്വത്തെക്കുറിച്ച് നമ്മൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിനു മുൻപ് , ഒരു ആധുനിക കമ്പ്യൂട്ടർ നിർമ്മിക്കാനുള്ള ആശയം ശാസ്ത്രജ്ഞൻ എങ്ങനെയെന്നറിയുന്നത് രസകരമായിരിക്കും.

1940 കളുടെ തുടക്കത്തിൽ സ്ഫോടനങ്ങൾ, ഷോക്ക് തരംഗങ്ങളുടെ ഗണിതശാസ്ത്ര വിദഗ്ദ്ധനായിരുന്നു അദ്ദേഹം. അമേരിക്കൻ ഐക്യനാടുകളിലെ കരസേനയിലെ ആംമ്യൂണിഷൻ ഓഫീസിലെ ഒരു പരീക്ഷണശാലയിൽ ന്യൂമാൻ ശാസ്ത്ര വിദഗ്ധനായിരുന്നു. 1943-ലെ ശരത്കാലത്തിലാണ് അദ്ദേഹം ലോസ് ആലാമോസിൽ തന്റെ നേതാവായ റോബർട്ട് ഓപ്പൺഹൈമറുടെ വ്യക്തിപരമായ ക്ഷണം പ്രകാരം മൻഹാട്ടൻ പദ്ധതിയുടെ വികസനത്തിന് പങ്കെടുക്കുക. അണുബോംബ് സ്ഫോടനത്തിന്റെ അംപസൈഷൻ കംപ്രഷൻ ശക്തിപ്പെടുത്തുന്നതിന് ആവശ്യമായ നിർണായകമായ ജനസാമാന്യത്തിനു മുന്നിൽ അവനു മുൻപുള്ള കാലമായിരുന്നു അത്. ഇത് പരിഹരിക്കുന്നതിനായി, വലിയ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ആവശ്യമായിരുന്നു, ആദ്യം അത് കൈകൊണ്ട് കാൽക്കുലേറ്ററിൽ കൊണ്ടുപോയി, പിന്നെ പഞ്ച് കാർഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഐ.ബി.എം.

വോൺ ന്യൂമാൻ ഇലക്ട്രോണിക്ക്-മെക്കാനിക്കൽ, പൂർണ്ണ ഇലക്ട്രോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്ന പുരോഗതിയെക്കുറിച്ച് വിവരങ്ങൾ അറിയാൻ കഴിഞ്ഞു. EDVAC, ENIAC എന്നീ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനിടയിൽ തന്നെ അദ്ദേഹം "EDVAC- യുടെ ആദ്യ കരട് റിപ്പോർട്ട്" എന്ന പേരിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു തുടങ്ങി, ശേഷിക്കുന്ന അവസാനിക്കാത്ത ഒരു കമ്പ്യൂട്ടർ ആർക്കിടെക്ചർ എന്നത് തികച്ചും പുതിയൊരു ആശയമാണ്.

വോൺ ന്യൂമാൻ പ്രിൻസിപ്പിൾസ്

1945 ആയപ്പോഴേക്കും ഒരു ശാസ്ത്രശാഖയായി ഇൻഫോർമാറ്റിക്സ് പ്രതികരിച്ചു. പത്താം ഫോമിൽ മെമ്മറി പ്രോസസ് ചെയ്ത നമ്പറുകളിൽ എല്ലാ കമ്പ്യൂട്ടറുകളും ശേഖരിച്ചിരുന്നു. പാച്ച് പാനലിലെ ജമ്പർമാരെ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തുകൊണ്ട് പ്രവർത്തിച്ചു.

ഇത് കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ ശേഷി പരിമിതപ്പെടുത്തി. ഒരു പുതിയ പുരോഗതി വോൺ ന്യൂമാൻ എന്ന തത്ത്വങ്ങൾ ആയിത്തീർന്നു. ചുരുക്കത്തിൽ, ഒരു വാചകത്തിൽ അവ പ്രകടിപ്പിക്കാം: ഒരു ബൈനറി നമ്പർ സംവിധാനത്തിലേക്കും സംഭരിച്ച പ്രോഗ്രാമിന്റെ തത്വത്തേയും.

വിശകലനം

ന്യൂമാൻ കന്പനിയുടെ വോൺ പരമ്പരാഗത ഘടന എന്തൊക്കെയാണ് എന്നതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് നമുക്ക് കൂടുതൽ വിശദമായി വിവരിക്കുക:

1. ദശാംശത്തിൽ നിന്നും ബൈനറി സിസ്റ്റത്തിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനം

ന്യൂമാൻ വാസ്തുവിദ്യയുടെ ഈ തത്വം ലളിതമായ ലോജിക് ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാൻ നമ്മെ അനുവദിക്കുന്നു.

2. ഒരു ഇലക്ട്രോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ സോഫ്റ്റ്വെയർ നിയന്ത്രണം

കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ പ്രവർത്തനം നിയന്ത്രിതമായി നിർവ്വചിച്ചിരിക്കുന്ന നിർദ്ദേശങ്ങളുടെ ഒരു ഗണം നിയന്ത്രിക്കുന്നു. ആധുനിക പ്രോഗ്രാമിംഗിന് അടിത്തറ പാകിയത് മെമ്മറിയിൽ സൂക്ഷിച്ച ഒരു പ്രോഗ്രാമിന്റെ ആദ്യ മെഷീനുകളുടെ വികസനം.

3. കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ മെമ്മറിയിലെ ഡാറ്റയും പ്രോഗ്രാമുകളും ഒരുമിച്ച് സൂക്ഷിക്കുന്നു

ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഡാറ്റയും പ്രോഗ്രാം കമാൻഡിനും ബൈനറി സിസ്റ്റത്തിൽ എഴുതാനുള്ള അതേ രീതി ഉണ്ട്, അതിനാൽ ചില സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ഡാറ്റയിൽ മുകളിൽ പറഞ്ഞ അതേ പ്രവൃത്തികൾ ചെയ്യാൻ സാധിക്കും.

പരിണതഫലങ്ങൾ

കൂടാതെ, ഫോൻനെമാൻ യന്ത്രത്തിലെ ആർക്കിടെക്ചറിനു് താഴെപറയുന്ന പ്രത്യേകതകൾ ഉണ്ട്:

1. മെമ്മറി സെല്ലുകൾക്ക് അക്കമിട്ട നമ്പറുകൾ ഉണ്ട്

ഈ തത്വത്തിന്റെ പ്രയോഗത്തിന് നന്ദി, പ്രോഗ്രാമിൽ വേരിയബിളുകൾ ഉപയോഗിക്കാൻ സാധിച്ചു. പ്രത്യേകിച്ചും, ഏതു സമയത്തും നിങ്ങൾക്ക് ഒരു പ്രത്യേക മെമ്മറി ലൊക്കേഷൻ അതിന്റെ വിലാസത്തിൽ പരാമർശിക്കാവുന്നതാണ്.

2. പ്രോഗ്രാം എക്സിക്യൂഷൻ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഒരു വ്യവസ്ഥാപിത കൈമാറ്റത്തിനുള്ള സാധ്യത

ഇതിനകം സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, പ്രോഗ്രാമുകളിലെ ആജ്ഞകൾ തുടർച്ചയായി എക്സിക്യൂട്ട് ചെയ്യണം. എന്നിരുന്നാലും, ഏതൊരു കോഡിനും ഒരു പരിവർത്തനം നടത്താൻ കഴിയും.

ന്യൂമന്റെ മെഷീൻ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു?

മെമ്മറി (ZU), ഗണിത ലോജിക് യൂണിറ്റ് (ALU), കണ്ട്രോൾ ഡിവൈസ്, ഇൻപുട്ട്, ഔട്ട്പുട്ട് ഡിവൈസുകൾ എന്നിവയാണ് അത്തരം ഒരു ഗണിത മോഡലിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നത്. എല്ലാ പ്രോഗ്രാം നിർദ്ദേശങ്ങളും അയൽപക്കത്തുള്ള മെമ്മറി സെല്ലുകളിൽ എഴുതപ്പെടുന്നു, അവയുടെ പ്രോസസ്സിംഗിനായുള്ള ഡാറ്റയും അതുല്യമായ സെല്ലുകളിൽ ആയിരിക്കും.

ഏത് ടീമിനും ഇനിപ്പറയുന്നവ ഉണ്ടായിരിക്കണം:

• ഏത് ഓപ്പറേഷനിൽ ചെയ്യണം എന്ന് വ്യക്തമാക്കുക;
• നിർദ്ദിഷ്ട പ്രവർത്തനത്തിൽ യഥാർത്ഥ ഡാറ്റ ബാധിക്കപ്പെട്ട മെമ്മറി സെല്ലുകളുടെ വിലാസങ്ങൾ സൂക്ഷിക്കപ്പെടും;
• ഫലം എഴുതേണ്ട സെല്ലുകളുടെ വിലാസങ്ങൾ.

പ്രത്യേക പ്രാരംഭ ഡാറ്റയിൽ കമാൻഡുകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ALU ആണ് നിർവഹിക്കുന്നത്, കൂടാതെ മെമ്മറി സെല്ലുകളിൽ ഫലങ്ങൾ എഴുതപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, അതായത്, പിന്നീടുള്ള മാച്ചിംഗുകൾക്ക് അനുയോജ്യമായ ഒരു രൂപത്തിൽ സൂക്ഷിച്ചുവരുന്നു അല്ലെങ്കിൽ ഔട്ട്പുട്ട് ഉപകരണത്തിലേക്ക് (മോണിറ്റർ, പ്രിന്റർ തുടങ്ങിയവ) കൈമാറുകയും ആ വ്യക്തിക്ക് ലഭ്യമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ എല്ലാ ഭാഗങ്ങളെയും CU നിയന്ത്രിക്കുന്നു. അതിൽ നിന്ന് മറ്റ് ഉപകരണങ്ങളിലേക്ക് സിഗ്നലുകൾ-ഓർഡറുകൾ "എന്തു ചെയ്യണം", മറ്റ് ഉപകരണങ്ങളിൽ നിന്ന് അവർ എന്ത് നിലക്കുന്നുവെന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ സ്വീകരിക്കുന്നു.

നിയന്ത്രിത ഉപകരണത്തിൽ SC ന്റെ "കമാൻഡ് കൌണ്ടർ" എന്ന് വിളിക്കുന്ന ഒരു പ്രത്യേക രജിസ്റ്റർ ഉണ്ട്. ഉറവിട ഡാറ്റയും പ്രോഗ്രാമും മെമ്മറിയിലേക്ക് ലോഡ് ചെയ്തതിനുശേഷം, എസ്.സി ആദ്യ കമാൻഡിൻറെ വിലാസം എഴുതുന്നു. കമ്പ്യൂട്ടർ മെമ്മറിയിൽ നിന്നുള്ള കോശിലെ ഉള്ളടക്കം UC വായിക്കുന്നു, എസ്എസ്എസിൻറെ വിലാസം, അത് "കമാൻഡ് രജിസ്റ്ററിൽ" സ്ഥാനം നൽകുന്നു. ഒരു നിർദ്ദിഷ്ട ആജ്ഞയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഓപ്പറേഷൻ കൺട്രോൾ ഉപകരണം നിർണ്ണയിക്കുന്നു, കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ മെമ്മറിയിലെ "മാർക്കുകൾ" അതിൽ സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന വിലാസങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ALU അല്ലെങ്കില് കമ്പ്യൂട്ടര് ഹാര്ഡ്വെയര് പ്രവര്ത്തനത്തിലേയ്ക്കു കടക്കുന്നു, അതിനുശേഷം SC ലെ ഉള്ളടക്കങ്ങള് ഒന്നിലേക്ക് മാറ്റുന്നു, അതായത്, അടുത്ത കമാന്ഡ് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

വിമർശനം

ന്യൂമാൻ വാസ്തുവിദ്യയുടെ കുറവുകളും ആധുനിക വീക്ഷണങ്ങളും തുടർന്നും ചർച്ചാവിഷയങ്ങളായി തുടരുന്നു. ഈ സുപ്രസിദ്ധ ശാസ്ത്രജ്ഞൻ മുന്നോട്ടുവെച്ച തത്ത്വങ്ങളിൽ സൃഷ്ടിച്ച മെഷീൻ തികഞ്ഞതല്ലെന്ന വസ്തുത വളരെക്കാലം മുമ്പ് ശ്രദ്ധിച്ചു.

അതിനാൽ, കമ്പ്യൂട്ടർ സയൻസിൽ പരീക്ഷാ ടിക്കറ്റുകളിൽ പലപ്പോഴും "ന്യൂമന്റെ ആർക്കിടെക്ചർ വാസ്തവികതയല്ല, അത് എന്തെല്ലാമാണ്" എന്ന ചോദ്യത്തിന് പലപ്പോഴും ചോദ്യം കണ്ടെത്താൻ കഴിയും.

ഇതിന്റെ രണ്ടാം ഭാഗത്തിന് ഉത്തരം പറയുമ്പോൾ, അത് സൂചിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്:

• ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള പ്രോഗ്രാമിങ് ഭാഷകളും ആജ്ഞ സംവിധാനവും തമ്മിലുള്ള ഒരു സെമാന്റിക് വിടവ്;
• പ്രോസസറിന്റെ OP ഉം ബാൻഡ്വിഡ്ഡും പൊരുത്തപ്പെടുത്തുന്നതിൽ പ്രശ്നം;
• ഹാർഡ്വെയർ വികസനം എന്നതിനേക്കാളും വളരെ കുറഞ്ഞതാണു് ഇതിന്റെ നിർമ്മാണത്തിനായുള്ള ചെലവിലുള്ളതു്, അതു് പൂർണ്ണ പരീക്ഷണത്തിനായുള്ള പരീക്ഷണത്തിനുള്ള സാധ്യതയില്ല.
• സൈദ്ധാന്തികമായ പരിധി ഇതിനകം എത്തിച്ചേർന്നതിനാൽ വേഗതയെക്കുറിച്ചുള്ള പ്രതീക്ഷയുടെ അഭാവം.

ന്യൂമന്റെ ആർക്കിടെക്ചറനുസരിച്ചുള്ള ഒരു തത്ത്വത്തിനു യോജിക്കാത്ത തത്ത്വശാസ്ത്രത്തെക്കുറിച്ച് നമ്മൾ സംസാരിക്കുന്നത് ഒരു മൾട്ടിപ്രൊസസർ ആർക്കിടെക്ചറിലുള്ള അനേകം ഡാറ്റാ സ്ട്രീമുകളുടെയും ആജ്ഞകളുടെയും പരസ്പര സഹകരണത്തെക്കുറിച്ചാണ്.

ഉപസംഹാരം

ന്യൂമാൻ ആർക്കിടെക്ചർ യോജിക്കുന്നില്ലെന്ന് ഇപ്പോൾ നിങ്ങൾക്ക് അറിയാം. തീർച്ചയായും, ശാസ്ത്രവും സാങ്കേതികവിദ്യയും ഇപ്പോഴും നിൽക്കുന്നില്ല, ഒരുപക്ഷേ, ഒരുപക്ഷേ വളരെ തികച്ചും പുതിയൊരു തരം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ഓരോ വീട്ടിലും പ്രത്യക്ഷപ്പെടും. വഴിയിൽ, പരീക്ഷ ഒരുങ്ങി പരിശീലന പ്രോഗ്രാം സഹായിക്കും "വാസ്തുവിദ്യ von Neumann." അത്തരം ഡിജിറ്റൽ വിദ്യാഭ്യാസ ഉറവിടങ്ങൾ മെറ്റീരിയൽ പഠനത്തിന് സഹായിക്കുകയും നിങ്ങളുടെ അറിവ് വിലയിരുത്താൻ അവസരം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.