वॉन न्यूमैन वास्तुकला

See also: Stored-program computer and Universal Turing machine § Stored-program computer

एक वॉन न्यूमैन वास्तुकला योजना

वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर - जिसे वॉन न्यूमैन मॉडल या प्रिंसटन आर्किटेक्चर के रूप में भी जाना जाता है - एक कंप्यूटर आर्किटेक्चर है जो जॉन वॉन न्यूमैन द्वारा 1945 के विवरण पर आधारित है, और अन्य लोगों द्वारा, ईडीवीएसी पर एक रिपोर्ट के पहले ड्राफ्ट में।दस्तावेज़ इन घटकों के साथ एक इलेक्ट्रॉनिक डिजिटल कम्प्यूटर के लिए एक डिज़ाइन आर्किटेक्चर का वर्णन करता है:

• एक अंकगणितीय तर्क इकाई और प्रोसेसर रजिस्टर दोनों के साथ एक केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई
• एक नियंत्रण इकाई जिसमें एक निर्देश रजिस्टर और एक कार्यक्रम गणक शामिल है
• स्मृति जो डेटा (कंप्यूटिंग) और निर्देश समुच्चय को स्टोर करती है
• बाहरी बड़े पैमाने पर भंडारण
• इनपुट और आउटपुट तंत्र

वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर शब्द किसी भी संग्रहीत-प्रोग्राम कंप्यूटर को संदर्भित करने के लिए विकसित हुआ है जिसमें एक निर्देश लाने और एक डेटा ऑपरेशन एक ही समय में नहीं हो सकता है (क्योंकि वे एक सामान्य बस (कंप्यूटिंग) साझा करते हैं)। इसे #वॉन न्यूमैन टोंटी के रूप में जाना जाता है, जो अक्सर संबंधित सिस्टम के प्रदर्शन को सीमित करता है। वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर मशीन का डिज़ाइन हार्वर्ड वास्तुकला मशीन की तुलना में सरल है - जो एक स्टोर-प्रोग्राम सिस्टम भी है, फिर भी मेमोरी बस में पढ़ने और लिखने के लिए एड्रेस और डेटा बसों का एक समर्पित सेट है, और एड्रेस और मेमोरी का एक और सेट है। निर्देश लाने के लिए बस।

एक स्टोर-प्रोग्राम डिजिटल कंप्यूटर कंप्यूटर प्रोग्राम और डेटा दोनों को रीड-राइट मेमोरी | रीड-राइट, यादृच्छिक अभिगम स्मृति (रैम) में रखता है। संग्रहीत-प्रोग्राम कंप्यूटर 1940 के दशक के प्रोग्राम-नियंत्रित कंप्यूटरों जैसे कि बादशाह कंप्यूटर और ENIAC पर एक उन्नति थे। वे विभिन्न कार्यात्मक इकाइयों के बीच डेटा और नियंत्रण संकेतों को रूट करने के लिए स्विच सेट करके और पैच केबल डालकर प्रोग्राम किए गए थे। अधिकांश आधुनिक कंप्यूटर डेटा और प्रोग्राम निर्देशों दोनों के लिए एक ही मेमोरी का उपयोग करते हैं, लेकिन CPU और मेमोरी के बीच CPU कैश होते हैं, और CPU के निकटतम कैश के लिए, निर्देशों और डेटा के लिए अलग-अलग कैश होते हैं, ताकि अधिकांश निर्देश और डेटा फ़ेच अलग बसों (संशोधित हार्वर्ड आर्किटेक्चर#स्प्लिट-कैश (या लगभग-वॉन-न्यूमैन) आर्किटेक्चर) का उपयोग करते हैं।

इतिहास

शुरुआती कंप्यूटिंग मशीनों में निश्चित कार्यक्रम थे। कुछ बहुत ही सरल कंप्यूटर अभी भी इस डिज़ाइन का उपयोग सादगी या प्रशिक्षण उद्देश्यों के लिए करते हैं। उदाहरण के लिए, एक डेस्क कैलकुलेटर (सिद्धांत रूप में) एक निश्चित प्रोग्राम कंप्यूटर है। यह बुनियादी गणित कर सकता है, लेकिन यह शब्द संसाधक या गेम नहीं चला सकता। फिक्स्ड-प्रोग्राम मशीन के प्रोग्राम को बदलने के लिए मशीन को रीवायरिंग, रीस्ट्रक्चरिंग या रीडिज़ाइन करने की आवश्यकता होती है। शुरुआती कंप्यूटरों को इतना प्रोग्राम नहीं किया गया था जितना कि किसी विशेष कार्य के लिए डिज़ाइन किया गया था। रिप्रोग्रामिंग - जब भी संभव हो - एक श्रमसाध्य प्रक्रिया थी जो प्रवाह संचित्र और पेपर नोट्स के साथ शुरू हुई, उसके बाद विस्तृत इंजीनियरिंग डिज़ाइन, और फिर मशीन को शारीरिक रूप से रीवायरिंग और पुनर्निर्माण की अक्सर-कठिन प्रक्रिया। ENIAC पर एक प्रोग्राम को सेट अप और डिबग करने में तीन सप्ताह लग सकते हैं। संग्रहीत प्रोग्राम कंप्यूटर के प्रस्ताव के साथ, यह बदल गया। एक संग्रहीत-प्रोग्राम कंप्यूटर में, डिज़ाइन द्वारा, एक निर्देश सेट शामिल होता है, और मेमोरी में निर्देशों का एक सेट (एक कंप्यूटर प्रोग्राम) संग्रहीत कर सकता है जो गणना का विवरण देता है।

एक संग्रहीत-प्रोग्राम डिज़ाइन स्वयं-संशोधित कोड के लिए भी अनुमति देता है। इस तरह की सुविधा के लिए एक प्रारंभिक प्रेरणा निर्देशों के पते के हिस्से को बढ़ाने या अन्यथा संशोधित करने के लिए एक कार्यक्रम की आवश्यकता थी, जो ऑपरेटरों को प्रारंभिक डिजाइन में मैन्युअल रूप से करना था। यह तब कम महत्वपूर्ण हो गया जब सूचकांक रजिस्टर और एड्रेसिंग मोड मशीन आर्किटेक्चर की सामान्य विशेषताएं बन गए। एक अन्य उपयोग एड्रेसिंग मोड का उपयोग करके निर्देश स्ट्रीम में अक्सर उपयोग किए जाने वाले डेटा को एम्बेड करना था। स्व-संशोधित कोड काफी हद तक पक्ष से बाहर हो गया है, क्योंकि आमतौर पर इसे समझना और डिबग करना कठिन है, साथ ही आधुनिक प्रोसेसर पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) और कैशिंग योजनाओं के तहत अक्षम है।

क्षमता

बड़े पैमाने पर, डेटा के रूप में निर्देशों का इलाज करने की क्षमता ही असेंबली भाषा # असेंबलर, संकलक ्स, लिंकर (कंप्यूटिंग) , लोडर (कंप्यूटिंग) , और अन्य स्वचालित प्रोग्रामिंग टूल्स को संभव बनाती है। यह प्रोग्राम लिखने वाले प्रोग्राम को संभव बनाता है। इसने वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर मशीनों के आसपास एक परिष्कृत सेल्फ-होस्टिंग कंप्यूटिंग इकोसिस्टम को पनपने दिया है।

कुछ उच्च स्तरीय भाषाएं रनटाइम पर निष्पादन योग्य कोड में हेरफेर करने के लिए एक सार, मशीन-स्वतंत्र तरीका प्रदान करके वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर का लाभ उठाती हैं (उदाहरण के लिए, एलआईएसपी), या रनटाइम जानकारी का उपयोग करके समय-समय पर संकलन को ट्यून करने के लिए (उदाहरण के लिए जावा पर होस्ट की गई भाषाएंजावा वर्चुअल मशीन , या वेब ब्राउज़र्स में एम्बेड की गई भाषाएं)।

छोटे पैमाने पर, कुछ दोहराव वाले संचालन जैसे टिल तिल या उच्च स्तरीय शेडर भाषा को सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर पर जस्ट-इन-टाइम संकलन तकनीकों के साथ त्वरित किया जा सकता है। यह स्व-संशोधित कोड का एक उपयोग है जो लोकप्रिय बना हुआ है।

संग्रहित-कार्यक्रम अवधारणा का विकास

गणितज्ञ एलन ट्यूरिंग , जिन्हें कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में मैक्स न्यूमैन के व्याख्यानों द्वारा गणितीय तर्क की समस्या के प्रति सचेत किया गया था, ने 1936 में ऑन कम्प्यूटेबल नंबर्स नामक एक पत्र लिखा था, जिसमें निर्णय समस्या के लिए एक आवेदन था, जिसे प्रोसीडिंग्स में प्रकाशित किया गया था। लंदन गणितीय सोसायटी के। इसमें उन्होंने एक काल्पनिक मशीन का वर्णन किया जिसे उन्होंने एक सार्वभौमिक कंप्यूटिंग मशीन कहा, जिसे अब यूनिवर्सल ट्यूरिंग मशीन के रूप में जाना जाता है। काल्पनिक मशीन में एक अनंत भंडार (आज की शब्दावली में स्मृति) था जिसमें निर्देश और डेटा दोनों शामिल थे। जॉन वॉन न्यूमैन ट्यूरिंग से तब परिचित हुए जब वे 1935 में कैम्ब्रिज में अतिथि प्रोफेसर थे, और 1936-1937 के दौरान प्रिंसटन, न्यू जर्सी में उन्नत अध्ययन संस्थान में ट्यूरिंग के पीएचडी वर्ष के दौरान भी। क्या वह उस समय के ट्यूरिंग के 1936 के पेपर के बारे में जानते थे, यह स्पष्ट नहीं है।

1936 में, कोनराड ज़ुसे ने भी दो पेटेंट आवेदनों में अनुमान लगाया था कि मशीन निर्देशों को डेटा के लिए उपयोग किए जाने वाले एक ही भंडारण में संग्रहीत किया जा सकता है। स्वतंत्र रूप से, जे. प्रेस्पर एकर्ट और जॉन मौचली , जो पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के मूर स्कूल ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में ENIAC का विकास कर रहे थे, ने दिसंबर 1943 में संग्रहीत-कार्यक्रम अवधारणा के बारे में लिखा। एक नई मशीन की योजना बनाने में, ईडीवीएसी, एकर्ट ने जनवरी 1944 में लिखा था कि वे डेटा और प्रोग्राम को एक नए एड्रेसेबल मेमोरी डिवाइस, एक मरकरी मेटल विलंब-रेखा स्मृति में स्टोर करेंगे। यह पहली बार था जब एक व्यावहारिक संग्रहित-प्रोग्राम मशीन का निर्माण प्रस्तावित किया गया था। उस समय, उन्हें और मौचली को ट्यूरिंग के काम की जानकारी नहीं थी।

वॉन न्यूमैन लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी में मैनहट्टन परियोजना में शामिल थे। इसके लिए भारी मात्रा में गणना की आवश्यकता थी, और इस प्रकार उन्हें 1944 की गर्मियों के दौरान ENIAC परियोजना की ओर आकर्षित किया। वहाँ वे इस संग्रहीत-प्रोग्राम कंप्यूटर, EDVAC के डिजाइन पर चल रही चर्चा में शामिल हुए। उस समूह के हिस्से के रूप में, उन्होंने ईडीवीएसी पर एक रिपोर्ट का पहला मसौदा शीर्षक से एक विवरण लिखाएकर्ट और मौचली के काम के आधार पर। यह अधूरा था जब उनके सहयोगी हरमन गोल्डस्टाइन ने इसे प्रसारित किया, और केवल वॉन न्यूमैन का नाम (एकर्ट और मौचली के कर्कश के लिए) बोर किया। पेपर को अमेरिका और यूरोप में दर्जनों वॉन न्यूमैन के सहयोगियों ने पढ़ा, और प्रभावित किया कंप्यूटर डिजाइन का अगला दौर।

जैक कोपलैंड का मानना ​​है कि इलेक्ट्रॉनिक स्टोर-प्रोग्राम डिजिटल कंप्यूटरों को 'वॉन न्यूमैन मशीन' के रूप में संदर्भित करना ऐतिहासिक रूप से अनुचित है।'". उनके लॉस एलामोस सहयोगी स्टेन फ्रैन्केली ने वॉन न्यूमैन के ट्यूरिंग के विचारों के संबंध में कहा

I know that in or about 1943 or '44 von Neumann was well aware of the fundamental importance of Turing's paper of 1936…. Von Neumann introduced me to that paper and at his urging I studied it with care. Many people have acclaimed von Neumann as the "father of the computer" (in a modern sense of the term) but I am sure that he would never have made that mistake himself. He might well be called the midwife, perhaps, but he firmly emphasized to me, and to others I am sure, that the fundamental conception is owing to Turing— in so far as not anticipated by Babbage…. Both Turing and von Neumann, of course, also made substantial contributions to the "reduction to practice" of these concepts but I would not regard these as comparable in importance with the introduction and explication of the concept of a computer able to store in its memory its program of activities and of modifying that program in the course of these activities.

जिस समय फर्स्ट ड्राफ्ट रिपोर्ट प्रसारित की गई थी, उस समय ट्यूरिंग प्रस्तावित इलेक्ट्रॉनिक कैलकुलेटर नामक एक रिपोर्ट तैयार कर रहा था। यह इंजीनियरिंग और प्रोग्रामिंग विस्तार में वर्णित है, एक मशीन के बारे में उनका विचार जिसे उन्होंने स्वचालित कंप्यूटिंग इंजन | स्वचालित कंप्यूटिंग इंजन (एसीई) कहा। उन्होंने इसे 19 फरवरी, 1946 को ब्रिटिश नेशनल फिजिकल लेबोरेटरी, यूके की कार्यकारी समिति के सामने प्रस्तुत किया। हालांकि ट्यूरिंग को बैलेचले पार्क में अपने युद्ध के अनुभव से पता था कि उन्होंने जो प्रस्तावित किया वह व्यवहार्य था, कोलोसस कंप्यूटर के आसपास की गोपनीयता, जिसे बाद में कई के लिए बनाए रखा गया था। दशकों ने उन्हें ऐसा कहने से रोका। एसीई डिजाइन के विभिन्न सफल कार्यान्वयन तैयार किए गए।

वॉन न्यूमैन और ट्यूरिंग के दोनों पत्रों में संग्रहीत-प्रोग्राम कंप्यूटरों का वर्णन किया गया है, लेकिन वॉन न्यूमैन के पहले के पेपर ने अधिक प्रचलन हासिल किया और इसके द्वारा उल्लिखित कंप्यूटर आर्किटेक्चर को वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर के रूप में जाना जाने लगा। 1953 के प्रकाशन में विचार से तेज़: डिजिटल कंप्यूटिंग मशीनों पर एक संगोष्ठी (बी. वी. बोडेन द्वारा संपादित), अमेरिका में कंप्यूटर पर अध्याय में एक खंड निम्नानुसार पढ़ता है: <ब्लॉकक्वॉट> उन्नत अध्ययन संस्थान की मशीन, प्रिंसटन

1945 में, प्रोफेसर जे. वॉन न्यूमैन, जो उस समय फ़िलाडेल्फ़िया के मूर स्कूल ऑफ़ इंजीनियरिंग में कार्यरत थे, जहाँ E.N.I.A.C. बनाया गया था, जो उनके सहकर्मियों के एक समूह की ओर से जारी किया गया था, डिजिटल कंप्यूटरों के तार्किक डिजाइन पर एक रिपोर्ट। रिपोर्ट में मशीन के डिजाइन के लिए एक विस्तृत प्रस्ताव था जिसे बाद में E.D.V.A.C के रूप में जाना जाने लगा। (इलेक्ट्रॉनिक असतत चर स्वचालित कंप्यूटर)। यह मशीन हाल ही में अमेरिका में पूरी हुई है, लेकिन वॉन न्यूमैन रिपोर्ट ने ई.डी.एस.ए.सी के निर्माण को प्रेरित किया। (इलेक्ट्रॉनिक विलंब-भंडारण स्वचालित कैलकुलेटर) कैम्ब्रिज में (देखें पृष्ठ 130)।

1947 में, बर्क्स, गोल्डस्टाइन और वॉन न्यूमैन ने एक और रिपोर्ट प्रकाशित की जिसमें एक अन्य प्रकार की मशीन (इस बार एक समानांतर मशीन) के डिजाइन की रूपरेखा तैयार की गई, जो कि बहुत तेज होगी, शायद प्रति सेकंड 20,000 ऑपरेशन करने में सक्षम। उन्होंने बताया कि ऐसी मशीन के निर्माण में सबसे बड़ी समस्या तत्काल सुलभ सामग्री के साथ उपयुक्त मेमोरी का विकास था। सबसे पहले उन्होंने एक विशेष वेक्यूम - ट्यूब का उपयोग करने का सुझाव दिया - जिसे चयनकर्ता ट्यूब कहा जाता है - जिसे आरसीए की प्रिंसटन प्रयोगशालाओं ने आविष्कार किया था। ये ट्यूब महंगी और बनाने में कठिन थीं, इसलिए वॉन न्यूमैन ने बाद में विलियम्स ट्यूब पर आधारित एक मशीन बनाने का फैसला किया। प्रिंसटन में जून, 1952 में तैयार की गई इस मशीन को मैनिक के नाम से जाना जाने लगा। इस मशीन के डिजाइन ने कम से कम आधा दर्जन मशीनों को प्रेरित किया जो अब अमेरिका में बन रही हैं, जिन्हें सभी प्यार से जॉनियाक्स के नाम से जाना जाता है।

उसी पुस्तक में, ACE पर एक अध्याय के पहले दो पैराग्राफ इस प्रकार पढ़े गए: <ब्लॉकक्वॉट> राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला में स्वचालित संगणना

सबसे आधुनिक डिजिटल कंप्यूटरों में से एक जो स्वचालित इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग की तकनीक में विकास और सुधार का प्रतीक है, हाल ही में राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला, टेडिंगटन में प्रदर्शित किया गया था, जहां इसे कर्मचारियों पर गणितज्ञों और इलेक्ट्रॉनिक्स अनुसंधान इंजीनियरों की एक छोटी टीम द्वारा डिजाइन और निर्मित किया गया है। प्रयोगशाला के, अंग्रेजी इलेक्ट्रिक कंपनी, लिमिटेड के कई उत्पादन इंजीनियरों द्वारा सहायता प्रदान की। प्रयोगशाला में अब तक लगाए गए उपकरण बहुत बड़े इंस्टॉलेशन का केवल पायलट मॉडल है जिसे स्वचालित कंप्यूटिंग इंजन के रूप में जाना जाएगा, लेकिन हालांकि तुलनात्मक रूप से थोक में छोटा और केवल लगभग 800 थर्मोनिक वाल्व होते हैं, जैसा कि प्लेट्स XII से आंका जा सकता है, XIII और XIV, यह एक अत्यंत तीव्र और बहुमुखी गणना करने वाली मशीन है।

एक मशीन द्वारा गणना की मूल अवधारणाएं और सार सिद्धांत डॉ. ए.एम. ट्यूरिंग, एफ.आर.एस. द्वारा एक पेपर में तैयार किए गए थे।^{1</सुप>. 1936 में लंदन मैथमैटिकल सोसाइटी के सामने पढ़ा, लेकिन ब्रिटेन में ऐसी मशीनों पर काम युद्ध के कारण देरी से हुआ। हालाँकि, 1945 में, राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला में श्री जे.आर. वोमर्सली द्वारा समस्याओं की एक परीक्षा की गई, जो उस समय प्रयोगशाला के गणित विभाग के अधीक्षक थे। उनके साथ डॉ. ट्यूरिंग और विशेषज्ञों का एक छोटा स्टाफ शामिल था, और 1947 तक, पहले से ही उल्लेखित विशेष समूह की स्थापना की गारंटी देने के लिए प्रारंभिक योजना पर्याप्त रूप से उन्नत थी। अप्रैल, 1948 में, श्री एफ.एम. कोलब्रुक के प्रभार में, बाद वाला प्रयोगशाला का इलेक्ट्रॉनिक्स अनुभाग बन गया।}

अर्ली वॉन न्यूमैन-आर्किटेक्चर कंप्यूटर

फर्स्ट ड्राफ्ट ने एक डिजाइन का वर्णन किया जिसका उपयोग कई विश्वविद्यालयों और निगमों द्वारा अपने कंप्यूटर के निर्माण के लिए किया गया था। इन विभिन्न कंप्यूटरों में से केवल ILLIAC और ORDVAC में संगत निर्देश सेट थे।

• APEXC (बिर्कबेक, लंदन विश्वविद्यालय) आधिकारिक तौर पर 12 मई, 1948 को ऑनलाइन हुआ।
• मैनचेस्टर बेबी (विक्टोरिया यूनिवर्सिटी ऑफ मैनचेस्टर, इंग्लैंड) ने 21 जून, 1948 को एक संग्रहीत कार्यक्रम का पहला सफल रन बनाया।
• EDSAC (कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय, इंग्लैंड) पहला व्यावहारिक संग्रहित-प्रोग्राम इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर था (मई 1949)
• मैनचेस्टर मार्क 1 (मैनचेस्टर विश्वविद्यालय, इंग्लैंड) बेबी से विकसित (जून 1949)
• CSIRAC (राष्ट्रमंडल वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान संगठन ) ऑस्ट्रेलिया (नवंबर 1949)
• कीव, यूक्रेन में वही (नवंबर 1950)
• EDVAC (बैलिस्टिक अनुसंधान प्रयोगशाला , एबरडीन प्रोविंग ग्राउंड 1951 में कंप्यूटिंग प्रयोगशाला)
• एबरडीन प्रोविंग ग्राउंड, मैरीलैंड में ओआरडीवीएसी (यू-इलिनोइस) (नवंबर 1951 को पूरा किया गया)
• प्रिंसटन विश्वविद्यालय में आईएएस मशीन (जनवरी 1952)
• लॉस एलामोस वैज्ञानिक प्रयोगशाला में पागल मैं (मार्च 1952)
• इलिनोइस विश्वविद्यालय में ILLIAC , (सितंबर 1952)
• बीईएसएम|बीईएसएम-1 मॉस्को में (1952)
• Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला में AVIDAC (1953)
• ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला में ओरेकल (कंप्यूटर) (जून 1953)
• स्टॉकहोम में बीईएसके (1953)
• रैंड कॉर्पोरेशन में जॉनीएक (जनवरी 1954)
• डेनमार्क में दास (1955)
• रेहोवोट , इज़राइल में वीज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस में WEIZAC (1955)
• म्यूनिख में पर्म (कंप्यूटर) (1956)
• सिडनी में सिलियाक (1956)

अर्ली स्टोर्ड-प्रोग्राम कंप्यूटर

निम्नलिखित कालक्रम में तारीख की जानकारी को उचित क्रम में रखना मुश्किल है। कुछ तिथियां पहले परीक्षण कार्यक्रम चलाने के लिए होती हैं, कुछ तिथियां पहली बार कंप्यूटर का प्रदर्शन या पूर्ण होने पर होती हैं, और कुछ तिथियां पहली डिलीवरी या स्थापना के लिए होती हैं।

• आईबीएम एसएसईसी में डेटा के रूप में निर्देशों का इलाज करने की क्षमता थी, और 27 जनवरी, 1948 को सार्वजनिक रूप से प्रदर्शित किया गया था। इस क्षमता का दावा अमेरिकी पेटेंट में किया गया था। हालाँकि यह आंशिक रूप से इलेक्ट्रोमैकेनिकल था, पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनिक नहीं। व्यवहार में, निर्देश इसकी सीमित स्मृति के कारण कागज़ के टेप से पढ़े जाते थे।
• लंदन विश्वविद्यालय के बर्कबेक में एंड्रयू डोनाल्ड बूथ और कैथलीन बूथ द्वारा विकसित APEXC आधिकारिक तौर पर 12 मई, 1948 को ऑनलाइन हुआ।इसमें पहली ड्रम मेमोरी थी।
• मैनचेस्टर बेबी एक संग्रहित प्रोग्राम चलाने वाला पहला पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर था। यह एक साधारण विभाजन कार्यक्रम चलाने के बाद 21 जून, 1948 को 52 मिनट के लिए एक फैक्टरिंग कार्यक्रम चलाया और यह दिखाने के लिए कि दो संख्याएँ Coprime पूर्णांक थीं।
• ENIAC को एक आदिम रीड-ओनली स्टोर-प्रोग्राम कंप्यूटर के रूप में चलाने के लिए संशोधित किया गया था (प्रोग्राम रीड ऑनली मैमोरी के लिए फंक्शन टेबल्स का उपयोग करके) और 16 सितंबर, 1948 को वॉन न्यूमैन के लिए एडेल गोल्डस्टीन द्वारा एक प्रोग्राम चलाकर इसका प्रदर्शन किया गया था।
• BINAC ने फरवरी, मार्च और अप्रैल 1949 में कुछ परीक्षण कार्यक्रम चलाए, हालांकि सितंबर 1949 तक पूरा नहीं हुआ था।
• मैनचेस्टर मार्क 1 बेबी प्रोजेक्ट से विकसित हुआ। मार्क 1 का एक मध्यवर्ती संस्करण अप्रैल 1949 में कार्यक्रम चलाने के लिए उपलब्ध था, लेकिन अक्टूबर 1949 तक पूरा नहीं हुआ था।
• इलेक्ट्रॉनिक विलंब भंडारण स्वचालित कैलकुलेटर ने 6 मई, 1949 को अपना पहला कार्यक्रम चलाया।
• EDVAC को अगस्त 1949 में वितरित किया गया था, लेकिन इसमें ऐसी समस्याएं थीं जो इसे 1951 तक नियमित संचालन में लगाने से रोक रही थीं।
• CSIRAC ने अपना पहला कार्यक्रम नवंबर 1949 में चलाया।
• SEAC (कंप्यूटर) का प्रदर्शन अप्रैल 1950 में किया गया था।
• पायलट ऐस ने अपना पहला कार्यक्रम 10 मई 1950 को चलाया और दिसंबर 1950 में इसका प्रदर्शन किया गया।
• SWAC (कंप्यूटर) जुलाई 1950 में पूरा हुआ।
• बवंडर (कंप्यूटर) दिसंबर 1950 में पूरा हुआ और अप्रैल 1951 में वास्तविक उपयोग में था।
• पहला UNIVAC 1101 (बाद में वाणिज्यिक ERA 1101/UNIVAC 1101) दिसंबर 1950 में स्थापित किया गया था।

विकास

वास्तुकला का एकल प्रणाली बस विकास

1960 और 1970 के दशकों के दौरान कंप्यूटर आम तौर पर छोटे और तेज दोनों हो गए, जिससे उनकी वास्तुकला में विकास हुआ। उदाहरण के लिए, मेमोरी-मैप्ड I/O इनपुट और आउटपुट डिवाइसेस को मेमोरी के समान व्यवहार करने देता है। कम लागत के साथ एक मॉड्यूलर प्रणाली प्रदान करने के लिए एक एकल प्रणाली बस का उपयोग किया जा सकता है. इसे कभी-कभी वास्तुकला की सुव्यवस्थितता कहा जाता है। बाद के दशकों में, साधारण माइक्रोकंट्रोलर्स कभी-कभी कम लागत और आकार के लिए मॉडल की विशेषताओं को छोड़ देते हैं। बड़े कंप्यूटरों ने उच्च प्रदर्शन के लिए सुविधाएँ जोड़ीं।

डिजाइन सीमाएं

वॉन न्यूमैन टोंटी

प्रोग्राम मेमोरी और डेटा मेमोरी के बीच साझा बस वॉन न्यूमैन टोंटी की ओर ले जाती है, मेमोरी की मात्रा की तुलना में सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) और मेमोरी के बीच सीमित throughput (डेटा ट्रांसफर दर)। चूंकि एक बस एक समय में केवल दो वर्गों की मेमोरी तक पहुंच सकती है, थ्रूपुट उस दर से कम है जिस पर सीपीयू काम कर सकता है। यह प्रभावी प्रसंस्करण गति को गंभीरता से सीमित करता है जब सीपीयू को बड़ी मात्रा में डेटा पर न्यूनतम प्रसंस्करण करने की आवश्यकता होती है। सीपीयू लगातार है स्मृति में या उससे स्थानांतरित होने के लिए आवश्यक डेटा की स्थिति की प्रतीक्षा करें। चूंकि सीपीयू की गति और मेमोरी का आकार उनके बीच थ्रूपुट की तुलना में बहुत तेजी से बढ़ा है, इसलिए अड़चन एक समस्या बन गई है, एक ऐसी समस्या जिसकी गंभीरता सीपीयू की हर नई पीढ़ी के साथ बढ़ती जाती है।

वॉन न्यूमैन की अड़चन का वर्णन जॉन बैकस ने अपने 1977 के एसीएम ट्यूरिंग अवार्ड व्याख्यान में किया था। बैकस के अनुसार:

<ब्लॉकक्वॉट> निश्चित रूप से स्टोर में बड़े बदलाव करने का एक कम आदिम तरीका होना चाहिए, जो वॉन न्यूमैन टोंटी के माध्यम से बड़ी संख्या में वर्ड (कंप्यूटर आर्किटेक्चर) को आगे और पीछे धकेलता है। यह ट्यूब न केवल किसी समस्या के डेटा ट्रैफ़िक के लिए एक शाब्दिक अड़चन है, बल्कि इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह एक बौद्धिक अड़चन है जिसने हमें समय-समय पर सोचने के लिए प्रोत्साहित करने के बजाय शब्द-दर-सोच से बांधे रखा है। कार्य की बड़ी वैचारिक इकाइयाँ हाथ में। इस प्रकार प्रोग्रामिंग मूल रूप से वॉन न्यूमैन बाधा के माध्यम से शब्दों के विशाल यातायात की योजना बना रही है और इसका विवरण दे रही है, और उस यातायात में से अधिकतर महत्वपूर्ण डेटा नहीं है, बल्कि इसे कहां खोजना है।

शमन

वॉन न्यूमैन के प्रदर्शन की अड़चन को कम करने के लिए कई ज्ञात तरीके हैं। उदाहरण के लिए, निम्नलिखित सभी प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं:

• CPU और मुख्य मेमोरी के बीच CPU कैश प्रदान करना
• डेटा और निर्देशों के लिए अलग कैश या अलग एक्सेस पथ प्रदान करना (तथाकथित संशोधित हार्वर्ड वास्तुकला )
• शाखा भविष्यवक्ता एल्गोरिदम और तर्क का उपयोग करना

मुख्य स्मृति एक्सेस को कम करने के लिए सीमित सीपीयू स्टैक या अन्य ऑन-चिप स्क्रैचपैड मेमोरी प्रदान करना

• सीपीयू और मेमोरी पदानुक्रम को एक चिप पर सिस्टम के रूप में लागू करना, संदर्भ की अधिक स्थानीयता प्रदान करना और इस प्रकार विलंबता को कम करना और प्रोसेसर रजिस्टरों और मुख्य मेमोरी के बीच थ्रूपुट बढ़ाना

समानांतर कंप्यूटिंग का उपयोग करके समस्या को कुछ हद तक दूर किया जा सकता है, उदाहरण के लिए गैर-समान मेमोरी एक्सेस (NUMA) आर्किटेक्चर का उपयोग करके - यह दृष्टिकोण आमतौर पर सुपर कंप्यूटर द्वारा नियोजित किया जाता है। यह कम स्पष्ट है कि 1977 के बाद से बैकस ने जिस बौद्धिक बाधा की आलोचना की है, वह बहुत बदल गई है या नहीं। बैकस के प्रस्तावित समाधान का कोई बड़ा प्रभाव नहीं पड़ा है। आधुनिक कार्यात्मक प्रोग्रामिंग और वस्तु उन्मुख कार्यकर्म , फोरट्रानी जैसी पिछली भाषाओं की तुलना में बड़ी संख्या में शब्दों को आगे और पीछे धकेलने की दिशा में बहु त कम सक्षम हैं, लेकिन आंतरिक रूप से, कंप्यूटर अभी भी अपना अधिकांश समय ऐसा करने में व्यतीत करते हैं, यहां तक ​​​​कि अत्यधिक समानांतर सुपर कंप्यूटर भी।

1996 तक, एक डेटाबेस बेंचमार्क अध्ययन में पाया गया कि चार में से तीन सीपीयू चक्र स्मृति की प्रतीक्षा में खर्च किए गए थे। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि मल्टीथ्रेडिंग (कंप्यूटर आर्किटेक्चर) या सिंगल-चिप मल्टीप्रोसेसिंग के साथ एक साथ निर्देश धाराओं की संख्या बढ़ने से यह अड़चन और भी खराब हो जाएगी। मल्टी-कोर प्रोसेसर के संदर्भ में, प्रोसेसर और थ्रेड्स के बीच कैश सुसंगतता बनाए रखने के लिए अतिरिक्त ओवरहेड (कंप्यूटिंग) की आवश्यकता होती है।

स्व-संशोधित कोड

Main article: Self-modifying code

वॉन न्यूमैन की अड़चन के अलावा, कार्यक्रम संशोधन काफी हानिकारक हो सकते हैं, या तो दुर्घटना या डिजाइन से। कुछ साधारण स्टोर-प्रोग्राम कंप्यूटर डिज़ाइनों में, एक खराब प्रोग्राम खुद को, अन्य प्रोग्राम्स या ऑपरेटिंग सिस्टम को नुकसान पहुंचा सकता है, संभवतः कंप्यूटर क्रैश (कंप्यूटिंग) की ओर जाता है। स्मृति सुरक्षा और अभिगम नियंत्रण के अन्य रूप आमतौर पर आकस्मिक और दुर्भावनापूर्ण प्रोग्राम परिवर्तनों दोनों से रक्षा कर सकते हैं।

यह भी देखें

• गणना के लिए कार्डबोर्ड उदाहरण सहायता
• इंटरकनेक्ट अड़चन
• छोटा आदमी कंप्यूटर
• रैंडम एक्सेस मशीन
• हार्वर्ड वास्तुकला
• ट्यूरिंग मशीन
• एकर्ट वास्तुकला

अग्रिम पठन

• Bowden, B. V., ed. (1953), Faster Than Thought: A Symposium on Digital Computing Machines, London: Sir Isaac Pitman and Sons Ltd.
• Rojas, Raúl; Hashagen, Ulf, eds. (2000), The First Computers: History and Architectures, MIT Press, ISBN 0-262-18197-5
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• ईडीवीएसी पर एक रिपोर्ट का पहला मसौदा
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• स्मृति पदानुक्रम
• संदर्भ का इलाका
• पहुँच नियंत्रण
• गणना के लिए कार्डबोर्ड निदर्शी सहायता

बाहरी संबंध

• Harvard vs von Neumann
• A tool that emulates the behavior of a von Neumann machine
• JOHNNY: A simple Open Source simulator of a von Neumann machine for educational purposes